煤矿喷雾降尘系统设计及应用研究

何林峰

（陕西华电榆横煤电有限责任公司，陕西 榆林 719000）

随着经济发展对生产效率的高要求，煤矿生产机械化程度越来越高，各种大型采煤设备投入使用。大型机械设备的使用导致煤尘浓度大幅上升，煤尘浓度过大不仅会给企业生产带来较大的安全隐患，同时还会损害员工的身体健康[1]。为保证企业生产的安全、顺利开展及员工的健康，加强对煤矿喷雾降尘系统的研究无疑具有重大意义。本文从喷雾降尘系统的工作原理出发，分析了煤矿煤尘的来源及其对生产设备、员工的危害，以此为基础针对陕西华电榆横煤电有限责任公司小纪汗煤矿的具体情况设计了喷雾降尘系统，最后对喷雾降尘系统的运行效果进行了评价并给出了相关建议。

1 喷雾降尘工作原理

喷雾降尘过程可以看作是一个液态雾粒与固态粉尘粒的凝结过程[2]。在喷雾除尘过程中，主要采用的是喷雾重力降尘技术，利用局部通风机产生高压风压，加装锥筒增压，采用雾化喷头通过高压将外接水源雾化成与粉尘大小相当的颗粒，在风机作用下，将雾定向抛射到指定位置，在尘源处的上方或周边进行喷雾覆盖。粉尘颗粒与溶液颗粒接触而变得湿润，被湿润的粉尘颗粒继续吸附其他粉尘颗粒，逐渐凝结成颗粒团，在自身的重力作用下快速沉降到地面，从而达到除尘的目的。

2 煤矿粉尘来源及其危害

2.1 煤矿粉尘来源

煤矿粉尘浓度较高的作业场地主要集中在井上露天煤场及井下综连采工作面两个区域，这两个区域是煤矿粉尘的主要发生区域，具有浓度高、对人体危害性大等特性。

2.1.1 井上露天煤场

井上露天煤场粉尘主要是堆煤区及运煤过程产生的粉尘。首先，堆煤区煤炭的堆放过程会产生煤粉尘；其次，煤的装卸及搬运都会产生煤粉尘。煤粉尘的产生受周围环境状况、装卸落差高度、风速及煤含水量等因素的影响。堆煤表面煤尘的排放受诸如风速、煤堆的几何形状、煤的密度、水分含量等多种因素的影响。在干燥天气下，煤场范围较大，暴露在空气中的煤粉尘较大，遇到刮风天气或者车辆在运行中容易引发较大的煤尘吹扬。为了减少对煤场周边环境的污染及人员被动吸入煤粉尘，必须采用降尘措施。

2.1.2 井下综连采工作面

综连采工作面的煤尘主要来自于采煤工作面作业时产生的煤尘、掘进工作面作业时产生的粉尘以及巷道维修、煤炭装卸等工作场所产生的粉尘。

2.1.2.1 采煤工作面的产尘

采煤工作面的主要产尘工序有采煤机落煤、装煤、运煤、液压支架移架、运输转载、人工摧煤、爆破及放煤口放煤等。这些工序作业过程中会产生大量粉尘[3]。

2.1.2.2 掘进工作面的产尘

掘进工作面的产尘工序主要有机械破岩（煤）、装揣、爆破、煤矸石运输转载及锚喷等。

2.1.2.3 其他地点的产尘

巷道维修的锚喷现场、煤炭的装卸点等也都会产生高浓度的矿尘，尤其是煤炭装卸处的瞬时矿尘浓度，有时甚至达到煤尘爆炸浓度界限，十分危险，应予以充分重视。

2.2 煤矿粉尘的危害

煤矿井上井下各工作面粉尘的产生降低了工作效率并对工人的身体健康造成威胁。井上露天煤场及井下综连采工作面未采取措施时，无论是全尘浓度，还是呼吸性粉尘浓度均严重超标，带来的严重后果是煤尘爆炸隐患增大和煤炭行业尘肺病人数增加。

2.2.1 煤尘过大带来严重的安全生产隐患

煤尘不仅污染作业环境，还降低了生产场所的能见度。矿尘中的煤尘，有的还具有燃烧爆炸性，在一定的条件下可能发生爆炸。煤尘还会加速机械、电气设备的损坏，缩短精密仪器、仪表的使用寿命。

2.2.2 煤尘会给人体带来较大的伤害

煤矿的粉尘污染物一般浓度较大，其侵入人体主要有3条途径：呼吸道吸入、消化道吞入、皮肤接触，其中，呼吸道吸入对人体的危害最大，长期吸入较高浓度的粉尘可引起肺部弥漫性、进行性纤维化为主的全身疾病，比如尘肺病。煤矿工人长期工作在粉尘污染物的环境下，可引起上呼吸道炎症、慢性支气管炎、支气管哮喘、冠心病、动脉硬化、高血压等疾病，甚至癌症。

长期工作在有煤尘的作业场所，多多少少会吸入些煤尘，为减小对作业人员的身体伤害，在井上露天煤场、井下综连采工作面设置喷雾降尘装置十分必要。

3 煤矿喷雾降尘系统设计

本文以陕西华电榆横煤电有限责任公司小纪汗煤矿为例，针对该矿井上井下作业的具体情况设计了喷雾降尘系统。系统由风机、风筒、雾化喷水器3个部分组成。

3.1 喷雾降尘系统的风机设备

压入式对旋流局部通风机具有结构紧凑、噪声小、风压高、风量大、效率高等特点，其结构紧凑，方便运输和安装。对旋局部通风机与普通轴流通风机相比，在产生同样风量和风压条件下，使用对旋局部通风机可减少通风机数量或增加通风距离，亦可根据不同的通风要求采用分级使用，以节省能源。因此，本喷雾降尘系统的风机设备采用了“矿用隔爆型压入式对旋流局部通风机”，其型号为FBDY-No6.0/2×18.5，功率为8.5 kW，防爆标志为Exd I，电压为660/1440 V，频率为50 Hz，转速为2900 r/min，绝缘等级为I级，电流为20.8/12A，全压为1500～4300 Pa，工作方式为SI，相数为3，风量为340～440 m3/min，质量为530 kg。

3.2 喷雾降尘系统的风筒选择

喷雾降尘系统采用喷雾重力降尘技术，利用局部通风机产生高压风压，还需在风机前加装锥筒增压。本系统中采用了柔性风筒，柔性风筒的好处在于可以同时做到喷雾降尘与通风，这样该系统在井下作业时可以达到一机两用的效果。

3.3 雾化喷头及调节范围

喷头采用“4分全铜可调子弹头雾化喷水器”，其水压为0.5～3 kPa，根据水压，最远喷洒直径距离为3～6 m，调成水柱状，可以喷到9 m远，或是9 m高。喷头每小时喷水0.3～0.8 m3。喷头雾化程度可以调整，只要旋转雾化喷嘴，就能实现雾化浓度的调节，喷头也可以调成水枪的一般喷射状态。

4 应用效果及建议

本文把喷雾降尘这一简单易行的方法作为研究对象，针对陕西华电榆横煤电有限责任公司小纪汗煤矿井上露天煤场、井下综连采工作面煤尘过大的问题，运用了喷雾降尘系统进行综合治理，取得较好的降尘效果，得出以下结论：①喷雾降尘的机理主要是水雾颗粒与粉尘颗粒的惯性碰撞、拦截和溶湿凝结，细微粉尘要细小、密集的水雾颗粒才能达到降尘目的，一定颗粒的粉尘颗粒对应合适的水雾颗粒和水压[4]。对于压力型雾化喷嘴来说，要获得细微的水雾颗粒，则需要较高的供水压力。②喷嘴结构对喷雾降尘有着重要的作用，合理的喷嘴结构其雾化性能好，雾化水分分散均匀，能达到高效沉降粉尘的要求。喷嘴口径增大，相同供水压力下雾滴粒径有所增大，喷嘴口径在相同供水压力下雾滴粒径也会减小。煤矿井下降尘使用的压力型雾化喷嘴口径应在1 mm以上，一般不宜超过1.5 mm。③影响水滴捕尘效果的主要因素是水滴粒度。水滴小，捕尘效果就好，但是水滴的粒度不能过小，30 μm的水滴在相对湿度为80%、温度为200℃的空气中仅能保持7.1 s；小于30 μm，譬如几微米的水滴还未与粉尘碰撞便气化了，基本上不起捕尘作用。

［1］ 李钢.煤矿井下喷雾降尘机理的研究［J］.科技创新与应用，2012（30）：102.

［2］ 张小涛，隋金君，曲宝，等.采掘工作面喷雾降尘技术研究及应用［J］.煤矿机械，2013，34（08）：247-250.

［3］ 马军伟.煤矿综掘工作面高效喷雾降尘系统的研究［J］.内蒙古煤炭经济，2017（11）：28-29.

［4］ 王鹏飞，刘荣华，汤梦，等.煤矿井下喷雾降尘影响因素的试验研究［J］.安全与环境学报，2015，15（06）：62-67.