綜掘機高壓外噴霧降塵裝備應(yīng)用分析

馮 飛

（汾西礦業(yè)集團(tuán)曙光煤礦， 山西 孝義 032300）

1 某煤礦煤層與工作面概況

山西某礦的開采煤層具有厚度大、含水量低（原始含水量0.81%）等特點，同時礦井開采強度高，采用綜掘方式掘進(jìn)巷道，巷道斷面大、供風(fēng)量高。由于綜掘機日進(jìn)尺量達(dá)到18～20 m，在掘進(jìn)迎頭位置全塵、呼吸性粉塵質(zhì)量濃度高達(dá)1 238 mg/m3、318 mg/m3，給綜掘機高效工作帶來一定的不利影響[1]。掘進(jìn)工作面采用長壓短抽通風(fēng)、環(huán)形噴霧降塵等措施治理掘進(jìn)工作面粉塵，但是綜掘司機位置全塵、呼吸性粉塵質(zhì)量濃度仍高達(dá)328.7 mg/m3、160.2 g/m3。

2 某煤礦1505 綜掘巷產(chǎn)塵特點

大斷面綜掘工作生產(chǎn)過程圍巖應(yīng)力集中程度更為明顯，前方煤巖體更為破碎，在正常掘進(jìn)過程中截割煤巖產(chǎn)生的粉塵量更大，具體產(chǎn)塵特點為[2-3]：

1）產(chǎn)塵強度高。通過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，大斷面綜掘巷道內(nèi)產(chǎn)塵強度可達(dá)3.62×10-2g/J，在未采取防塵措施情況下綜掘司機位置處全塵、呼吸性粉塵質(zhì)量濃度分別可達(dá)2 987.5 mg/m3、665.5 mg/m3，相對于礦井其他的掘進(jìn)工作面，煤體產(chǎn)塵強度以及粉塵濃度增加幅度在10%以上。

2）掘進(jìn)破煤時沖擊產(chǎn)塵嚴(yán)重。綜掘機破頂煤是整個掘進(jìn)過程中產(chǎn)塵最大的工序，1505 巷巷寬、巷高分別為5.5 m、4.0 m，巷道頂煤從4.0 m 高度從下掉落，破煤、落煤過程中產(chǎn)生大量的沖擊粉塵。加之掘進(jìn)工作面風(fēng)量供應(yīng)量大，粉塵擴散范圍更廣泛?，F(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)沖擊產(chǎn)塵量約占綜掘工作面割煤粉塵產(chǎn)生量的60%左右。

3）呼吸性粉塵含量高。對綜掘工作面粉塵粒度測試分析發(fā)現(xiàn)，在大斷面巷道掘進(jìn)中呼吸性粉塵占比約為33.2%，遠(yuǎn)高于普通綜掘工作面呼吸性粉塵25.8%的占比。

3 高壓外噴霧降塵裝備分析

該礦井1505 大斷面綜掘巷道內(nèi)粉塵主要來源于截割頭破煤、落煤沖擊等部分，通過分析現(xiàn)階段綜掘機常用的噴霧除塵裝置，決定在綜掘機搖臂位置增加一組噴霧降塵裝置，具體安裝位置見圖1-1，噴霧降塵裝置結(jié)構(gòu)見圖1-2。安裝的噴霧降塵裝置上有上、中、下三個噴管，從而實現(xiàn)高壓噴霧完全覆蓋整個綜掘機截割頭，降低截割破巖過程中粉塵產(chǎn)生量。

圖1 外噴霧裝置示意圖

同時在噴霧過程中高壓噴霧裝置內(nèi)的負(fù)壓強會形成高負(fù)壓，從而可以使得一部分破碎煤體沖擊產(chǎn)生的高濃度粉塵進(jìn)入到噴霧裝置內(nèi)部，該部分高濃度粉塵與高壓水霧充分接觸、凝結(jié)，從而降低了綜掘工作面粉塵濃度[4]。

根據(jù)上述噴霧除塵思路，通過綜合對比SA102、SB102、SC102、SD102 以及G 型高壓適用情況[5-7]，綜合確定選用G 型噴嘴。為了確定合理的噴霧壓力，將供水壓力按照2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa 調(diào)整，對不同噴霧壓力下的用水量、引射風(fēng)量以及有效射程進(jìn)行分析，具體采用的測試裝置結(jié)構(gòu)見圖2，測試結(jié)果見表1。

圖2 測試裝置結(jié)構(gòu)圖

表1 測試結(jié)果

從表1 中看出，噴嘴有效射程、總用水量以及引射風(fēng)量均隨著噴霧壓力的增加而增大，當(dāng)水壓在4～6 MPa 時，噴嘴有效射程、引射風(fēng)量、總用水量分別為2.5～3.2 m、10.17～16.33 m3/min、16.08～18.33 L/min，均可滿足噴霧降塵需要。因此，最終確定噴霧除塵水壓為4～6 MPa。

4 綜掘機噴霧除塵工藝現(xiàn)場測試

根據(jù)上述分析結(jié)果，在1505 綜掘工作面對噴霧除塵裝置使用情況進(jìn)行現(xiàn)場分析，具體布置的噴霧除塵裝置結(jié)構(gòu)組成見圖3，從調(diào)節(jié)泵站中輸出的水壓為2～8 MPa，測試綜掘司機位置及后方10 m 位置處全塵、呼吸性粉塵濃度，從而確定最佳的噴霧工藝參數(shù)。在井下應(yīng)用時選用的高壓水泵型號為BPW80/16 通過管徑為Φ25 mm、Φ13 mm 的高壓軟管為噴霧降塵裝置供水，具體測試結(jié)果見表2。

從表2 中看出，采用G 型噴嘴時外噴霧效果除塵效率隨著噴霧壓力的增加而增大，當(dāng)供水壓力為6 MPa 時，綜掘司機位置處全塵、呼吸性粉塵降塵率分別為82.65%、77.38%，當(dāng)供水壓力提升至8 MPa時全塵、呼吸性粉塵降塵效率分別為84.63%、78.65%，降塵效率相對于6 MPa 時分別提升了1.98%、1.27%。因此，將6 MPa 作為最佳供水壓力。

1505 綜掘工作面采用的防塵措施主要為長壓短抽通風(fēng)降塵、高壓外噴霧兩種方式，具體改造前后的綜掘工作粉塵降塵效果見表3。

圖3 現(xiàn)場布置的噴霧除塵裝置結(jié)構(gòu)組成

表2 現(xiàn)場測試結(jié)果

表3 改造前后的綜掘工作粉塵降塵效果

5 現(xiàn)場配套設(shè)備

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果，并結(jié)合綜掘機高壓外噴霧降塵工藝應(yīng)用情況，采用機載噴霧泵、高壓軟管、開關(guān)、供電電纜以及外噴霧裝置等構(gòu)成機載外噴霧系統(tǒng)，具體構(gòu)成見圖4。

圖4 現(xiàn)場配套設(shè)備示意圖

選用型號為BP25/8J 電驅(qū)動噴霧泵來為外噴霧裝置提供高壓水，該噴霧泵提供的噴霧壓力最大為8 MPa、供水流量為50 L/min，電機額定功率為11 kW，同時該噴霧泵采用正壓供水方式，無需設(shè)置水箱，大幅減少設(shè)備占用空間，可將噴霧泵直接布置于綜掘機機尾上，綜掘機供電電源為噴霧泵供電。為避免供水管路、噴嘴堵塞在噴霧泵站出水口處，安裝GCQ-12 過濾器，在高壓噴嘴前安裝GCQ-3 過濾器，在過濾器后方安裝壓力傳感器并與外噴霧開關(guān)連接。當(dāng)壓力傳感器檢測到供水壓力在0.5 MPa 以下時，外噴霧開關(guān)自動斷開，從而避免因缺水而導(dǎo)致噴霧水泵損壞。此外，為了便于綜掘司機控制高壓外噴霧系統(tǒng)，在噴霧泵開關(guān)上布置電源控制按鈕，并布置在綜掘司機操作位置，從而提升綜掘司機對高壓外噴霧系統(tǒng)控制能力。

6 結(jié)論

由于1505 綜掘工作掘進(jìn)斷面大，相對于一般的綜掘工作面粉塵產(chǎn)生強度更大，割煤過程中垮落煤體沖擊產(chǎn)生的粉塵量更多，其中沖擊粉塵產(chǎn)生量占粉塵量約60%，同時在掘進(jìn)工作面呼吸性粉塵占比更高。

1）根據(jù)綜掘機外形結(jié)構(gòu)，通過試驗對比最終選用G 型高壓噴嘴、6 MPa 供水壓力、36.8 L/min 供水流量進(jìn)行高壓外噴霧降塵，在該工藝下綜掘機司機位置全塵、呼吸性粉塵質(zhì)量濃度由2 987.5 mg/m3、665.5 mg/m3分別下降至287.8 mg/m3、105.6 mg/m3，降塵率分別為90.37%、77.77%。配合使用長壓短抽通風(fēng)降塵措施后，綜掘司機位置全塵、呼吸性粉塵質(zhì)量濃度下降至63.2 mg/m3、44.1 mg/m3，除塵效率顯著提升。

2）根據(jù)綜掘機布置情況，選用BP25/8J 噴霧泵并利用綜掘機1 140 V 供電電源為噴霧泵供電，過濾器后方布置的壓力傳感器檢測供水管路是否缺水，在噴霧泵開關(guān)上加裝電源控制按鈕便于綜掘司機控制高壓外噴霧系統(tǒng)運行。