综采工作面气水喷雾粉尘防治技术研究

2021-02-24

当代化工研究 2021年1期

（山西阳煤集团救护大队山西 045000）

引言

在煤矿生产的过程中会产生大量的煤尘。这些煤尘不仅会对采矿人员的身体造成一定的损害，更会使得煤尘出现爆炸的现象，最终危害矿井的安全生产。因此，对综采工作面采用气水喷雾粉尘防治策略显得尤为重要。

1.综采工作面煤尘来源和产尘特点

多数煤矿综采工作面内部的机械化程度很高，煤炭的产量也会随之升高。包括切割落煤、装载煤炭、运输煤炭和处理采空区等程序都更好地集合在了一起。整个综采工作面不仅煤尘的产量很大，每个立方米煤尘的浓度甚至会达到1.0g-3.2g[1]。所以，从理论上看，综采工作面非常容易发生煤层爆炸事件。如果综采工作面的长度超过了300m，就会增加除尘工作的负担。

2.综采工作面除尘降尘和气水喷雾的原理

(1)综采工作面除尘降尘的原理

在对综采工作面内部煤尘的来源和特点分析之后可以得知：综采工作面除尘和降尘的重点为选择除尘和降尘的地点，为的是更好地防止煤尘不断地扩散。现代煤矿企业所使用的常规除尘可以分为机械除尘和电除尘两个类型。机械除尘是利用离心力碰撞和惯性碰撞的原理，电力除尘是采用“带电收集煤尘”“电晕放电”和其他不同的方式。

(2)气水喷雾作用原理

著名的气水喷雾作用原理其实就被归于机械除尘的范畴。喷雾泵站会先对水流进行加压，之后再借助工作面产尘地点内部的雾化喷头来直接雾化高压水，为的是更好地除掉工作面内部的煤尘。

喷雾泵站的作用则是通过增强喷雾水压来提升喷头喷水的速度，最终有效地进行除尘。多数的雾化喷头可以将高压水流转化成悬浮的小水滴。正是因为内部的水滴重量较少，所以可以较长时间的悬浮在采煤工作面内部。又因为受到了风流的影响，所以雾化小水滴的范围进一步扩大。空气阻力使得雾化时水滴的下落速度有所减缓，进一步延长了水滴下落的时间，提升除尘的效果。综采工作面内部的喷雾防尘技术主要是由喷雾泵站、采煤机喷雾系统和其他不同的喷雾系统组成。

3.综采工作面气水喷雾粉尘防治技术

(1)喷雾泵站

正因为综采工作面内部的喷雾泵站会对防治喷雾粉尘提出更高的要求。一定要让泵站内部的系统压力有效地克服高压管路造成的损失，以便更好地进行降尘，各个地点喷雾系统内部喷雾口的水压更不会超过1MPa。

更多的喷雾泵站不仅内部压力较高，寿命也更长，因此可以更好地被使用。目前常用的喷雾泵站的型号有PB-130/55和B-260/56。

(2)采煤机高压喷雾系统

综采采煤机的喷雾口在初期的喷雾效果较好。但是，随着采煤机在不断地高速运转，有一部分的煤炭就会直接堵塞采煤机的喷雾口，使得采煤机不能够更好地喷雾。常规综采面内部的采煤机高压喷雾系统主要会配合ZPCZ型喷雾装置，内部工作压力大于8MPa，最大的喷雾流量介于50L/min-80L/min，这样的速度能够避免喷雾口出现堵塞的现象，自然也就能够除掉采煤机周围的煤尘，效率一度高达76%。

4.实际案例分析

(1)气水喷雾除尘系统设计

在实践过程中可得知，综采工作面主要扬尘的特点有如下几点：第一，采煤机滚筒处是整个综采工作面的主要产尘点；第二，在采煤机滚筒的前方，因为其位置非常特殊，所以很难在现场就测试粉尘的浓度，但是在通过对比之后可以发现该处的粉尘浓度相对较高。第三，采煤机摇臂和刮板运输机之间不仅有着重要的产尘点，其也是借助煤壁内部的粉尘来直接向人行道上扩散，主要的位置则如图1所示：

图1 综采工作面平面示意图

(2)滚筒处抑尘设计

滚筒处是综采工作面内部的主要产尘点，众多工作者也在分析如何更好地抑制存在于滚筒处的扬尘。但是，正是因为以往设计的喷雾系统并没有将喷嘴的位置设置在合理的位置，所以无法让水雾有效地覆盖整个滚筒。本文所设计的系统是经过精确计算和合理布局的，当喷嘴β的安置角度和喷嘴仰角θ被合理设置之后，就可以有效地覆盖存在于滚筒处的产尘点，结构如图2所示。

图2 滚筒处喷嘴安置角度示意图

(3)滚筒前方降尘设计

正因为采煤机滚筒的前方位置非常特殊，所以很难直接在现场测得粉尘浓度。但是，借助数字模拟依然可以发现该处粉尘的浓度很高。采煤工作面内部的粉尘都是从内往外扩散的，因此可以算作是综采工作面内部粉尘沉降的具体位置[2]。本文在设计该系统时充分考虑到了此处粉尘处理的要点，并综合计算了喷嘴覆盖角和单独的喷嘴所能够直接覆盖的范围，其预设的覆盖范围如图3所示。

图3 喷雾除尘系统滚筒前方喷雾覆盖范围示意图

(4)喷雾除尘系统安装后的效果

从安装喷雾除尘系统安装前后的分布情况来看，在实际安装喷雾除尘系统之后，包括顺风割煤、人行道和其他地方的粉尘浓度都会不断地下降，其效果也很明显。顺风割煤槽的降尘率普遍被控制在60%-75%左右，逆风割煤溜槽的降尘率一度可以达到40%-60%左右。设计的系统将会在很大程度上抑制综采工作面产尘量，最终在采煤摇臂和运输机之间形成一个合适的水雾带，这样就能够不让粉尘向人行道直接进行扩散，最终保证了整个综采工作面内部的环境。

5.综采工作面气水喷雾粉尘防治技术要点

在分析了以上综采工作面内部气水喷雾粉尘防治系统的结构之后主要从以下几个方面来防治粉尘：

(1)健全机构设置

先建立粉尘工作管理机构，再通过配置专门人员来形成“齐抓共管”的局面。并在强化防尘治理的基础上成立专门的综采工作面防尘领导小组，必要时设置组长、副组长和其他岗位。这样一个工作小组主要就是为了能够负责整个综采工作面的防尘治理工作，并让人、财和物都能够发挥实际的作用。注意按照《煤矿安全规程》中的有关规定来进行专项的煤矿粉尘治理[3]。并通过全面检查矿井下粉尘存在的情况之后再及时汇总问题。

综采工作面内部的领导小组负责全面完善喷雾系统、降尘水幕和粉尘自动监测设备等不同的设施，并通过引入新的综采工作面设备和技术来提升粉尘治理的能力，保证所有粉尘的质量能够真正达标。

(2)制定合适的综采工作面防尘制度

可以从如下几个方面来制定综采工作面防尘制度：第一，详细地制定出综合的防尘措施，并在画出综合防尘系统图的基础上标出各类设备的位置；第二，在实际交接班前保证所有的设施都能够完好无损；第三，保证整个综采工作面内部的洒水管路都能够不漏水；第四，在供水管路系统内部安装合适的过滤器和增压装置；第五，采煤机需要配置合适的内部和外部喷雾装置，并让喷雾装置都能够有良好的雾化效果，这样才能够保证水质清洁。如果一旦发现喷嘴存在堵塞的情况，则需要第一时间进行更换。第六，所有的作业人员需要让使用喷雾装置时的气压、水流量和水质都能够达到一定的要求。第七，通过定期冲刷积尘来冲走。第八，所有综采工作面和回风巷道内部的人员都可以有效地佩戴防尘口罩。第九，让综采工作面各转载点和破碎点内部都装有良好的喷雾洒水装置，并让专人进行负责。