采煤机高压外喷雾降尘的成功实践

白丽萍 杨君

摘  要：为了保证煤矿井下的安全生产及作业人员的身心健康，基于煤矿综采工作面生产过程中会产生大量的粉尘，针对综采工作面降尘效率低的技术难题，国家能源集团神东煤炭公司保德煤矿综采工作面利用GPW/75高压外置喷雾有效的抑制粉尘在工作面的浓度，使得煤矿工人的职业健康得到保障。

关键词：高压外置喷雾;采煤机;降尘;职业安全。

分类号：F273.4

引言

随着煤矿开采技术的发展，大功率采煤机的应用大大提高了综采工作面的回采速度，但同时工作面产生的粉尘也相应随之增加，采煤机割煤时产生的粉尘占整个工作面总粉尘含量的60%左右，而其产生的粉尘浓度高达2000～5000mg/m3 之多[ 1 ]。如果不采取有效的降尘措施，煤矿内会漂浮大量的粉尘，不仅对井下作业人员的健康造成危害，还会给煤矿的安全生产带来严重的隐患。高压喷雾是控制综采工作面粉尘污染的有效技术，因此，根据现有高压喷雾存在问题，结合国家能源集团神东煤炭分公司保德煤矿综采队实际条件，研制了一套GPW/75综采工作面高压外置喷雾降尘装置。

一、目前存在现状

目前我国综采工作面防尘主要采用给煤层注水预湿煤体的降尘措施和传统的通风排尘，以及喷雾洒水等措施，但由于除尘技术落后和管理不到位等多方面的原因，矿井粉尘不能有效的降低，导致井下空气质量污染严重，作业现场能见度较低，不但影响了作业人员的操作视线，而且给作业现场带来了严重的安全隐患。近几年来我国采煤机降尘措施主要使用的是喷雾降尘，即在采煤机的机身上布置一些外喷雾喷嘴，同时在滚筒上方布置一些内喷雾喷嘴，实现内外喷雾联合作业降尘。但是，目前生产的采煤机内外喷雾系统，在现场使用的效果并不理想，主要有以下原因：1.布置在滚筒上的喷嘴，在滚筒截割时部分或全部被埋进煤中，使喷出的射流不能形成雾化，甚至喷嘴被堵塞;2.所采用的喷嘴均设置为逆风流喷雾，水雾不能充分到达产尘区;3.喷嘴前水压较低，使喷射距离太近，雾化效果较差[ 2 ]。综上所述最终造成水流呈喷射状，包拢角度和雾化效果不理想，导致粉尘无法有效降低。为取得理想的降尘效果，并根据现有高压喷雾存在的问题，结合国家能源集团神东煤炭分公司保德煤矿综采队实际条件，研制了一套GPW/75综采工作面高压外置喷雾降尘装置，有效的降低了采煤工作面的粉尘浓度。

二、工程概况

国家能源集团神东煤炭公司保德煤矿现开采的8#煤层为中灰煤、高挥发、特低硫份为主的富油气煤。根据煤科集团沈阳研究院有限公司2018年8月10日出具的报告，保德煤矿8#煤层自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层。保德煤矿使用采煤机滚筒直径 2.5m，工作面长度 240m。

三、矿井粉尘分布规律

通过对综采工作面采煤机作业时现场粉尘浓度的测定，得出如下结论：在采煤机割煤时，无论是顺风割煤还是逆风割煤，沿程巷道内粉尘的浓度最大值均出现在采煤机滚筒附近，而且割煤期间工作面的粉尘浓度最高。当双滚筒采煤机逆风割煤时，由于风流受到采煤机阻碍，前滚筒高速旋转和逆风喷雾等原因，往往在采煤机前段产生强烈的涡流，致使大量的高浓度含尘气流扩散到采煤机司机的作业空间，使工作面作业人员的身心健康收到严重威胁。

四、矿井综采工作面降尘必要性

综采工作面是煤矿设备和人员高度集中的场所，也是主要的产尘地点。煤矿粉尘是造成矿工尘肺病、发生煤尘爆炸或瓦斯煤尘爆炸、影响作业安全和危害矿区生态环境的主要因素之一。做好井下防尘降尘工作，不仅仅是符合《煤矿安全规程》[ 3 ]、《尘肺病防治条例》[ 4 ]、《全国煤矿卫生工作条例》等相关规定，还对井下作业人员的生命安全和采煤设备的维护具有非常重要的意义。

五、喷雾降尘的影响因素

喷雾是通过喷嘴，使液体分散成细小的雾滴，进入到空气中。喷雾的整个过程，包括内部液体的动力、喷射表面气体的运动、喷射压力以及喷嘴的形状等都对液体雾化的效果有重要的影响，这些因素之间彼此联系，相互影响[ 5 ]。喷雾效果的好坏直接影响降尘效果的好坏。影响喷雾降尘效果的因素有水的特性、喷嘴型式及参数、雾流特性、喷雾流量、喷雾压力和喷雾系统的合理匹配与布置等。

六、综采工作面高压外置喷雾降尘设计

采煤机高压外喷雾的降尘效果在很大程度上取决于喷雾射流的引射风量以及采煤机截割滚筒周围是否能形成均匀的喷雾水幕，以阻止粉尘向外扩散并消除尽可能多的粉尘。均匀水幕的形成和喷雾射流的引射风量主要取决于喷嘴产生的喷雾射流的质量。

GPW/75综采工作面高压外置喷雾由高压喷雾泵站、高压喷雾模块、量子水处理器、一级反冲洗过滤器、自动供水装置等组成。GPW/75综采工作面高压外置喷雾降尘系统由带有自动水位控制装置和过滤装置的水箱向高压喷雾水泵提供水源，水泵通过高压胶管、控制阀向高压喷雾模块提供高压水，实现喷雾降尘。并具有雾粒细、速度高、射程远、水量较小、覆盖面积大、降尘效率高、引射风量大以及喷嘴不易堵塞等显著优点。高压喷雾引射降尘器工作时，矿井静压水经高压泵加压形成高压水，高压水经高压管路进入引射器高压喷嘴，利用高压喷嘴喷出的高速水雾流高效引射降尘。

GPW/75高压水泵将常压水转换为10～25Pa（可调）的高压水，运行期间16Mpa喷雾压力下旋流雾化喷嘴有效射程为13m，可有效克服巷道风流对喷雾降的影响，如表1所示：喷雾压力所产雾粒配比。

水雾的喷射速度30m/s以上。以提高水雾与粉尘的碰撞几率。雾粒的粒度越接近粉尘的粒度，其除尘效率就越高。雾粒粒径过大，尘粒与雾粒相遇时会因旋流作用从雾粒边缘绕过，不被捕捉;雾粒粒径小，则容易气化。对总尘进行有效的拦截和捕捉。

高压外喷雾降尘装置是使用特殊材料模块对高压水雾角度进行精确定位，喷雾装置与摇臂同步运动，始终处于最佳喷雾位置。模块采用锌硅合金材质利用量子原理改变水质的螺旋结构，改变水的带电离子与空气中的粉尘达到最佳和易性。同时能改善水质的总硬度、降低Ca、Na的含量再通过旋流雾化喷嘴，形成雾粒直径为30—150微米，喷雾区域内，每立方厘米空气中含水量（2～2.5）g。根据空气动力学原理，当含尘粒的气流绕过雾强抗风能力，射程远的水雾。水雾有效覆盖滚筒产尘区域，降低滚筒截齿割煤时的温升并达到最佳的降尘效果，如表2及图1所示：综采工作面浓度、降尘率测定结果。

两级反冲洗过滤器，可过滤水中异物，避免喷嘴经常堵塞。水箱自动供水、缺水时自动补水，水满时自动停止补水，从而保证喷雾降尘的持续性，实现真正意义上的自动化运行。通过数字化三维模拟，水流量科学理论计算，实现吨煤含水量控制在1%左右。

七、结论

国家能源集团神东公司保德煤矿通过多年来的成功实践，使用整套GPW/75综采工作面高压外置喷雾降尘装置体积小、功率高，在保证降尘效率前提下，没有增加综采工作面员工的任何工作量，有效改善了综采工作面的生产环境，使矿井中的职业病发病率控制在1‰以下，为矿井的安全生产和矿工的身心健康提供了保障。

参考文献

[1]赵火枝等，MG 200采煤机外喷雾装置的改进[J]，山西煤炭， 2003， 23 （1）：49～50。

[2]沈樹林等，采煤机煤尘防治措施的改进[J]，煤炭技术， 2004， 23 （8）：19～21。

[3]杨焕宇，《煤矿安全规程》安全监管总局办公厅，2016年3月7日印发。

[4]国务院，《中华人员共和国尘肺病防治条例》（国发〔1987〕105号）。

[5]段俊杰，采煤机高压外喷雾降尘技术浅析[J]，煤矿安全，2013（03）：59～60。

作者简介：白丽萍（197611），女，籍贯（省市）内蒙古鄂尔多斯市，学历本科，职称采矿工程师，主要研究方向煤炭安全生产监管综合执法。

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