采煤机外置式高压喷雾自动降尘装置的设计与应用

孙志刚

（西山煤电集团有限责任公司屯兰矿， 山西 太原 030206）

1 项目概况

煤矿生产中85%的粉尘产自采掘工作面。目前，采煤机工作面的灭尘、降尘措施常见为内喷雾式，一般采煤机的喷雾系统和水冷系统是合为一体的，水进入机组总水门后，一路经减压后进入电机冷却器，另一路进入牵引部冷却器，然后分供内喷雾系统，喷雾效果与供水压力有一定的关系，供水压力不能小于一定值，否则达不到雾化效果。而电动机的耐水压力一般不超过2.2 MPa，这也造成了采煤机冷却和喷嘴雾化的矛盾。因此由于喷雾压力低，以及采煤时风流受到采煤机的阻碍，前滚筒的高速旋转和逆风喷雾的原因，在采煤机前端产生强烈的涡流，使大量高浓度含尘气流扩散到采煤机司机的作业空间，给煤机司机和下风流作业的人员造成严重危害。

西山煤电集团屯兰矿8502 工作面采用DY-150 型采煤机进行采煤作业，在实践工作过程中采煤机摇臂上的外喷雾装置喷嘴系统常被粉尘堵塞，从而无法进行相应的作业，导致粉尘浓度较好。针对这一情况，设计了一种外置式高压喷雾自动降尘装置，可以实现摇臂喷嘴的高压喷雾，有效解决了摇臂外喷雾装置喷嘴被煤尘堵塞的问题。

2 采煤机外置式高压喷雾自动降尘装置的设计

针对采煤机摇臂上的外喷雾装置喷嘴系统堵塞问题，设计了外置式高压喷雾自动降尘装置，该装置的结构示意图如图1 所示。

从图1 可知，该外置高压喷雾降尘自动控制装置由补水箱、高压水泵、变频控制器、半圆型高压喷雾器、水压检测传感器、煤尘检测传感器及高压水管道组成。半圆型高压喷雾器设置在采煤机的滚筒后方，其上设有多个多角度的高压喷嘴，多个高压喷嘴按不同角度安装在半圆型高压喷雾器的上面，使喷出的高压水雾可以在滚筒周围形成一尺厚的半圆型高压水墙，半圆型高压水墙包裹在滚筒周围，达到强制降尘效果。并且，半圆型高压喷雾器安装在滚筒后面，并不影响采煤机及其他设备的运行。

图1 采煤机外置式高压喷雾自动降尘装置的结构示意图

补水箱的进水管上装有自动补水阀，矿井水通过自动补水阀进入补水箱，自动补水阀始终保护水箱中液位达到最佳水位；补水箱内设有均水器、泥沙阻档板、过滤罩，均水器3 连接进水管，均水管使补水箱内的水保持液面平稳不波动，保护液面平稳上升或下降，避免进水时矿井水中的泥沙等杂质出现二次扬起[1]。泥沙阻档板为三级设置，泥沙阻档板4把矿井水中的泥沙分三拦截阻挡，它属于初级粗过滤，主要是拦截大粒泥沙和其他杂质，它是阻挡泥沙随水的波动而漂移，目的是为高压水泵提供含杂质最少的干净水源，有效降低高压喷嘴阻塞的机率。过滤罩连接在高压水泵的进水管端口，过滤罩是最后一级精细过滤，凡是越过泥沙阻挡板的杂质最后都被过滤罩过滤掉。

高压水管路包括三段，分别是高压软管、金属高压管、可挠动金属高压管，金属高压管固定在采煤机本体上，金属高压管通过高压软管与高压水泵连接；可挠动金属高压管10 一端连接金属高压管，另一端连接半圆型高压喷雾器，可挠动金属高压管10 随着采煤机的摆臂上下摆动，为半圆型高压喷雾器提供高压水源。高压水泵、高压软管、金属高压管、可挠动金属高压管、半圆型高压喷雾器和高压喷嘴组成了密闭的高压管道[2]，从高压水泵出来的高压水经管道传输至高压喷嘴，最后经喷嘴组喷出一尺厚的半圆型高压水墙。

采煤机的滚筒后方设有煤尘检测传感器，半圆型高压喷雾器的进水端设有水压检测传感器，煤尘检测传感器和水压检测传感器分别与高压水泵的变频控制器电连接。煤尘检测传感器主要是在采煤时检测滚筒周围煤尘的浓度，然后将浓度变化反馈至变频控制器，当检测到煤尘浓度低时通过变频控制器自动调低供水水压，当检测到煤尘浓度高时通过变频控制器自动调高供水水压，从而使水压自动跟随煤尘浓度变化并达到自动节能降尘。水压检测传感器实时检测半圆型高压喷雾器上的压力，当水压达到设定值时（上限值）时系统发出报警信号，提醒人员高压喷嘴有堵塞现象，需要及时清理。高压水泵通过变频控制器控制转速，使高压管道保护在一定的恒定压力下，实现自动恒压控制[3-4]。

3 装置优势的分析

该装置利用高压水泵将水加压，经高压管路送至半圆型高压喷雾器上的喷嘴喷出雾化，高压水雾化后形成半圆形高压水墙包裹在采煤机的两个滚筒上方，从而有效阻止了煤尘的飞扬，使割煤工序和司机位粉尘浓度大幅降低；半圆型高压喷雾器适合我国煤矿井下各种类型的滚筒采煤机，均可达到高效降尘[5]。

4 实践应用及效果分析

根据屯兰矿8502 工作面的生产现场实况，对DY-150 型采煤机应用安装了外置式高压喷雾自动降尘装置，并对相应参数进行设定。上、下风流滚筒分别同时开启4 架支架上的高压喷嘴喷雾，喷雾延时6 s；每架支架安设2 个高压喷嘴，系统同时喷雾的喷嘴数量为16 个，系统最大流量为85.7 L/min。对司机位置下风侧1.5 m 处和机尾10 m 处进行了外置式高压喷雾自动降尘装置应用前后的粉尘浓度进行检测，数据结果如表1 所示。

表1 装置应用前后粉尘质量浓度检测结果表

从表1 数据可知，司机位置下风侧1.5 m 处位置和机尾10 m 处位置的降尘效率分别为82.62%、82.29%。该外置式高压喷雾自动降尘装置在采煤机上的除尘效果理想，达到了预期的设计目的。

5 结论

新型采煤机外置式高压喷雾自动降尘装置在屯兰矿8502 工作面DY-150 型采煤机上的应用效果理想，降尘效率在82%以上，大幅度使割煤工序和司机位粉尘浓度大幅降低。同时该半圆型高压喷雾器适合我国煤矿井下各种类型的滚筒采煤机，均可达到高效降尘效果，可以被推广应用。