综采工作面高效除尘技术研究与实践应用

2019-08-21吕玉芝

中国煤炭工业 2019年4期

文/吕玉芝

粉尘是煤矿风险管控和隐患治理的主要对象,粉尘不但能造成尘肺病的发生，还会造成重大灾难事故，特别是新时期随着智慧矿山建设的深入发展，降低矿井粉尘浓度，提高矿井空气环境质量，既是职业卫生防护及环境保护的需要，也是矿井自动化、可视化的必然要求，是现代化矿井需要认真研究解决的重要课题。山东能源新汶矿业集团通过研究改进综采工作面高效喷雾除尘技术，大大降低了矿井采煤工作面的粉尘浓度，有效杜绝了职业病和煤尘事故的发生。

一、采煤工作面除尘技术现状

目前，国内井工开采煤矿采煤工作面多数采用喷雾降尘，受到水质与煤尘亲和力的影响，煤尘得不到有效的湿润，单纯的用水喷雾不能起到较好的降尘效果，同时国内采煤机内喷系统性能较差，容易出现内喷系统漏水，导致内喷无法使用。造成这一问题的主要原因是旋转水封工作不可靠，因摇臂结构特点，供给滚筒的压力水管道只能从行星减速器中心穿过，穿过润滑油工作区，水管与滚筒同步旋转，水管与旋转水封结合面会出现渗漏，引起润滑油乳化失效继而造成设备受损，造成采煤机内喷人为的弃用，致使工作面采煤机截割期间不能有效进行捕尘降尘，工作面及其回风巷中煤尘浓度达到每立方米几百毫克，甚至上千毫克，严重威胁着矿工人身健康和矿井安全生产。

二、新型高效除尘技术研究设计与实施

山东能源新汶矿业集团致力于智慧矿山建设配套技术的研究应用，对影响喷雾效果的水质与内喷系统的两个原因，积极采取措施。一是采取对水质改性，采用高效降尘剂改变水分子与尘埃间的电荷作用和最大程度破坏水分子的表面张力，从而达到快速有效地吸附粉尘和降沉；二是采取对内喷总成进行改进升级，保证内喷系统的稳定性与可靠性，以此提高采煤工作面截割期间的除尘降尘效果。

1. 新型降尘剂及近距离高效降尘剂添加装置

（1）新型降尘剂参数

新型降尘剂规格型号为CC100(润湿型), 产品外观为无色半透明、半粘稠液体，密度略大于1g/cm3，pH值为7～8，无可燃性，浸润性（沉降法测定）13s沉降粉尘98%以上，可达表面张力最小值≤28mN/m，活性物含量≥40%，为纯植物制剂，环保无毒，可完全降解，最佳添加比例为0.02%～0.1%，除尘效率≥75%，最高可达95%。

（2）近距离降尘剂添加装置研制应用

该装置主要由两部分组成。一是用于存储降尘液的柔性囊体，设有加液口和出液口两部分装置；二是用于充水的外壳空腔，设有进水口、出水口、泄压口三部分装置。该装置并联在采煤工作面供水管路上，使用时关闭空腔泄压口，打开空腔进水口，调节空腔出水口，加满降尘剂的柔性囊体在空腔内水压的作用下，降尘液由出口被挤出进入工作面水流中，从而达到采煤机供水水质改性的目的，如图1所示。

2. 新型高效内喷雾总成设计

（1）内喷雾系统结构分析

图1 工作面近距离降尘剂添加装置

采煤机摇臂中内喷雾系统密封组件主要由旋转水封、水管、管轴座三部分构成。旋转水封通常布置在摇臂后端盖，内置回转密封单元，将压力水与润滑油隔离，是关键部件，也是容易漏水处；水管一端接旋转水封，另一端接管轴座；管轴座通常布置在摇臂前端方头上，从此引出三通接入滚筒，从滚筒上喷嘴雾化喷出。

目前国际、国内采煤机生产厂家内喷雾系统密封组件结构类似，区别只是密封单元选型不同，共同特征为柔性密封单元(格莱圈、夹布橡胶等)相对水管回转运动摩擦密封，水管摩擦段硬化处理（镀硬铬、陶瓷等），实践证明，此类型结构弊病较多，无法达到使用要求。

（2）新型高效内喷总成结构设计及优点

新型高效内喷装置结构如图2所示。

工作中，11号件花键套随主轴旋转，5号件静环1和7号件静环2通过6号件滚针轴承来与11号件花键套做相对旋转运动，外来高压水通过7号件静环2的入水口进入，通过8号件耐磨环1和9号件耐磨环2共同与10号件耐磨垫相对运动形成端面密封面，使高压水经过11号件通道进入花键套内部接入主轴而出，耐磨端面密封的压紧力通过1号件双圆螺母压紧2号件动环并联动3号件推力轴承，使4号件碟簧产生对5号件静环1的持续推力，达到端面密封的效果。

采煤机内喷系统理论上旋转水封、水管、管轴座三部件中心线重合，同轴相对旋转。实际上，因摇臂各部件加工误差、装配误差、轴承磨损等累积误差，使旋转水封除对管轴座有相对旋转运动外，还有径向跳动、轴向窜动、偏心摆动几种运动形态。这就要求密封系统必须同时适应这几种运动，并且留有一定冗余。

新型密封系统采用新型结构很好适应了这几种运动并存情形，并且冗余较大，径向跳动可适应3mm，轴向窜动可适应5mm，偏心摆动量可适应1°（注：1度=60分，1分=60秒，通常设计只考虑到秒级），远远超过摇臂报废状态,这是新型密封系统的创新点之一。

图2 新型高效端面密封内喷雾装置

同时，新型密封采用新材料、硬对硬新结构，对锈蚀完全适应，不会因杂质损伤密封接触面，并且耐酸耐碱；因材料、结构不同，天然具有耐干磨特性，进行破坏性试验时提高4倍转速连续运转密封依然正常，但长期干磨对寿命略有影响；运行期间不需注油保养，只需初次安装时注油，具有免维护优点；在密封失效情况下压力水通过安全阀喷射做出警示，不会进入润滑油，保证了机组正常运行。

三、应用效果

综采工作面高效喷雾除尘技术是通过对内喷系统改造升级，解决了国内采煤机内喷水封易损坏的难题，形成高效的喷雾降尘系统。经实验测定，采用高效喷雾降尘系统后，抑尘效率比普通喷雾降尘明显提高，全尘降尘率达到86.8%，呼尘降尘率达到82.9%,杜绝了职业病和煤尘事故的发生，为智慧矿井建设和自动化采煤技术打下了坚实的环境基础，社会效益和安全效益非常显著。