采煤機(jī)機(jī)載噴霧除塵器的設(shè)計及應(yīng)用分析

張 雄

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四老溝礦，山西 大同 037000）

引言

自然災(zāi)害中，煤礦開采出現(xiàn)的粉塵污染影響力最大，其中超過60%的都是由工作面綜采所產(chǎn)生，最主要的來源是采煤機(jī)截煤造成的。降低因為采煤機(jī)截煤導(dǎo)致的粉塵污染，一般是采用采煤機(jī)噴霧控塵和內(nèi)外噴霧以及跟蹤支架噴霧塵源等方式，幫助截煤運移煤壁產(chǎn)塵。當(dāng)截煤逆風(fēng)時，截煤產(chǎn)塵的采煤機(jī)疊加沖擊產(chǎn)塵的垮落，使粉塵極速增加，粉塵運移沿采煤機(jī)煤壁的機(jī)面運移。采煤機(jī)搖臂聚集在上風(fēng)側(cè)根部是粉塵高濃度團(tuán)，接著經(jīng)過電纜槽的采煤機(jī)，到達(dá)支架進(jìn)行擴(kuò)散，最終在作業(yè)區(qū)形成污染，因此，制定并研究了引射除塵的機(jī)載噴霧器，安裝與側(cè)面風(fēng)機(jī)的采煤機(jī)中，負(fù)壓產(chǎn)生原理是噴霧引射，促使沉降在除塵器的含塵高濃度氣流，以此將降塵噴霧效率提高，最終實現(xiàn)了治理截煤產(chǎn)塵的采煤機(jī)新方案。

1 除塵器利用噴霧引射達(dá)到除塵的原理

噴霧通過噴嘴管自內(nèi)向外的順序噴射，鋼管內(nèi)徑小于擴(kuò)散水霧的直徑時，就出現(xiàn)了活塞水霧，圖1顯示了具體的機(jī)理。水霧將前面空氣推出，真空在后方形成，所以負(fù)壓出現(xiàn)在吸氣口那里，噴管內(nèi)融入了吸氣口的含塵氣流。霧滴結(jié)合了來回碰撞的水霧和粉塵，噴管一經(jīng)噴出變極速沉降；與此同時，射流里接收到卷吸霧流高速噴出的含塵氣流，洗滌粉塵后達(dá)到二次降塵。

圖1 水霧活塞機(jī)理示意圖

2 研究噴管風(fēng)量的引射試驗

2.1 分析影響因素

噴管風(fēng)量引射的意思是噴管吸入單位時間的空氣體積。而除塵技術(shù)的噴霧引射主要評定指標(biāo)即引射風(fēng)量，含塵氣體的吸入量與引射風(fēng)量成正比，凈化含塵空氣的程度越好。喉管長度和直徑以及噴嘴類型和噴霧壓力都是噴管風(fēng)量引射的幾個影響因素。

2.2 設(shè)計試驗系統(tǒng)

借助噴管風(fēng)量引射設(shè)計的試驗系統(tǒng)，可以更好地分析以上幾個影響因素的原因。

試驗系統(tǒng)的組成部分包括噴管和噴嘴，高壓膠管和泵站以及壓力流量的傳感器。負(fù)壓在進(jìn)風(fēng)口噴管處的測得需要使用補償式的微壓計，試驗環(huán)境測得利用空盒氣壓計和溫度計監(jiān)測大氣壓與溫度，引射風(fēng)量利用計算而來，流量傳感器顯示了噴嘴流量[1]。

2.3 設(shè)計噴管

文丘里管是典型的噴管結(jié)構(gòu)使用方式，法蘭聯(lián)接的三部分有減擴(kuò)段和喉管以及漸縮段。其中有3種直徑的喉管：Φ300 mm 和Φ200 mm 以及Φ100 mm 的喉管最常用。

2.4 選擇噴嘴

噴管主要構(gòu)成除塵器引射噴霧，噴嘴對應(yīng)噴管布置在中間部位。高壓噴嘴可以將除塵器產(chǎn)生的引射風(fēng)量增大。試驗噴嘴選取了噴嘴庫里的三種類型，60°霧化角Φ2.5 mm 孔徑的SD314 型，和45°霧化角Φ2.5 mm 孔徑的SB403 型，以及噴嘴型號包括30°霧化角Φ2.0 mm 孔徑的SD312 型。

3 分析試驗結(jié)果及方案

3.1 正交方案的試驗

試驗需要檢測很多的因素，因此選擇正交試驗為試驗方法。試驗挑選全面試驗有代表性的部分點，代表點的特點是整齊性和均勻性。

正交試驗利用不同長度的噴管直徑，分3 組喉管直徑去進(jìn)行，正交表采用的是L9（34）。

3.2 分析試驗結(jié)果

1）影響噴管Φ100 mm 直徑的引射風(fēng)量因素包括噴嘴類型和噴霧壓力還有活塞水霧行程，即噴管長度，而隨著喉管直徑的擴(kuò)大，其引射風(fēng)量的影響因素依次為噴嘴類型、噴管長度、噴霧壓力，噴管組合最優(yōu)的直徑和Φ300 mm 以及Φ200 mm 的基本無差別。由此得出，水霧活塞處于小直徑的具有較好的質(zhì)量，所以霧流質(zhì)量基本不受噴霧壓力和噴嘴類型的影響；水霧活塞在增大的喉管直徑時變?yōu)橛绊懸滹L(fēng)量的頭等因素，水霧活塞緊密聯(lián)系噴嘴類型，都算影響的幾個主要因素[2]。

2）對比試驗數(shù)據(jù)并對噴嘴SD314 補做試驗，圖2 顯示了試驗數(shù)據(jù)，可以看出，當(dāng)喉管長度一定時，變大的喉管直徑則會導(dǎo)致引射風(fēng)量極速上升，所以影響引射風(fēng)量的因素中要重點關(guān)注喉管直徑。

圖2 SD314 型噴嘴在幾種喉管直接與噴霧壓力情況下的具體引射風(fēng)量圖

圖3 顯示的是Φ300mm 喉管直徑的噴嘴SD314型號處于喉管長度和噴霧壓力都不同的時候顯示的引射風(fēng)量。

圖3 SD314 型噴嘴在幾種噴嘴壓力與噴管長度情況下的具體引射風(fēng)量圖

以上可知，當(dāng)喉管直徑時，增加喉管長度后，噴嘴基本不會產(chǎn)生變化的引射風(fēng)量。

由此可知，除塵器噴霧引射組成的噴管要盡量選擇Φ300 mm 或Φ200 mm 的喉管直徑；選擇8 MPa 的噴霧壓力和SD314 型號的噴嘴，盡量選擇長的喉管；倘若采煤機(jī)受限制機(jī)面空間時，就要選擇合適的喉管直徑，縮短噴管后設(shè)備緊湊，才能在空間中得到適應(yīng)。

4 研制采煤機(jī)引射除塵的機(jī)載噴霧器

采煤機(jī)阻擋了沖擊垮落和截煤逆風(fēng)出現(xiàn)的濃度高的粉塵，穿過電纜槽和采煤機(jī)時，順風(fēng)流的一部分運移方向是順著采煤機(jī)的機(jī)面，支架擴(kuò)散了另一部分，所以噴管需要布置兩組，才能實現(xiàn)采煤機(jī)引射順風(fēng)流的側(cè)機(jī)面上風(fēng)方向，還有含塵氣流高濃度的采煤機(jī)側(cè)面。圖4 是設(shè)計的機(jī)載除塵器，除塵器負(fù)壓的產(chǎn)生是管道內(nèi)引射的噴霧當(dāng)作動力，對粉塵采取凈化處理和集中抽吸，引射管負(fù)壓靠單個噴霧達(dá)不到要求，而且限制因素還有機(jī)面空間，所以引射風(fēng)量靠單個噴管產(chǎn)生的數(shù)值低于測試實驗室環(huán)境的值。故用兩個噴管去實現(xiàn)每組噴管的組合并列模式，達(dá)到引射風(fēng)量的增大；現(xiàn)場調(diào)研的采高起伏選擇噴管Φ200 mm 的直徑。導(dǎo)流板設(shè)置在除塵器的引射出口位置，煤壁被高速水霧引導(dǎo)噴射。

圖4 機(jī)載除塵器

5 現(xiàn)場應(yīng)用效果

現(xiàn)場試驗選取的工作面綜采150201 某礦的采煤機(jī)進(jìn)行引射除塵機(jī)載噴霧器操作，其生產(chǎn)工藝選擇了頂煤綜采放是3.8 m 的采高，采煤機(jī)雙滾筒型號是MG 750/1920-WD，具備5 m 的放煤高度。采煤機(jī)為了加強對產(chǎn)塵截煤的治理，選擇的方式是采煤機(jī)噴霧控降塵和外噴霧，以及支架噴霧跟蹤塵源?！豆ぷ鲌鏊諝庵蟹蹓m測定》第二部分:粉塵呼吸性濃度中的GBZ/T 192.2—2007 做出以下實驗：機(jī)載除塵器測試采煤機(jī)逆風(fēng)和順風(fēng)時，20 m 和10 m 處前后風(fēng)側(cè)處截煤可以產(chǎn)生的粉塵呼吸性濃度測試。

借助了引射除塵機(jī)載噴霧器后，下風(fēng)側(cè)采煤機(jī)的20 m 和10 m 位置產(chǎn)生的粉塵呼吸性濃度出現(xiàn)了顯著下降，至少高達(dá)65.24%的降塵效率。采煤機(jī)中機(jī)載除塵器的使用，粉塵在20 m 左右的下風(fēng)側(cè)都出現(xiàn)減少現(xiàn)象，充分表明了引射除塵機(jī)載噴霧器的應(yīng)用可以明顯地降低了粉塵擴(kuò)散至人行道的現(xiàn)象。

6 結(jié)語

1）除塵引射噴霧器中影響引射風(fēng)量的幾個因素包括：喉管長度和直徑、噴嘴類型和噴霧壓力。其中的影響因素比重排名隨擴(kuò)大的喉管直徑而變?yōu)閲婌F壓力，然后是喉管長度，最后是噴嘴類型，組合最優(yōu)的噴管是Φ300 mm 和Φ200 mm 的直徑；

2）引射風(fēng)量極速改變的情況出現(xiàn)在相同的喉管長度和噴嘴壓力以及類型，在變大的喉管直徑情況下最為明顯；相反，當(dāng)它們不相同時，引射風(fēng)量基本與增加的喉管長度無關(guān)。所以，需要選用合適的喉管直徑，再將喉管長度微調(diào)縮短，設(shè)備達(dá)到緊湊狀態(tài)才能對空間進(jìn)行適應(yīng)；

3）通過觀察采煤機(jī)運移粉塵的截煤狀態(tài)，制定了并列多管的模式，確定選用引射除塵機(jī)載噴霧器進(jìn)行輔助。結(jié)果表明，粉塵呼吸性濃度于20 m 和10 m 處的下風(fēng)側(cè)采煤機(jī)至少具備65.24%的降塵效率，有效改善了作業(yè)條件，充分表示選取參數(shù)和設(shè)計除塵器是真實有效的。