采煤机截割部致灾防控装备研究

孙 健

（沈阳煤业（集团）安全设备检测检验有限公司，辽宁 沈阳 110030）

沈阳煤业集团红阳三矿为煤与瓦斯突出矿井，煤尘具有爆炸性，工作面采用综合机械化回采工艺。作为煤矿生产关键部位的截割部，既是矿井高粉尘尘源之一，也是瓦斯涌出最多的场所之一，又会出现截割煤岩产生火花，具备瓦斯、煤尘爆炸的条件，存在安全隐患，制约了煤矿安全高效生产，因此有必要进行综采工作面截割部致灾防控装备研究。

1 自吸式喷雾降尘基本原理

喷雾降尘是目前采煤工作面最有效的防尘措施，水滴粒径是影响喷雾降尘的最关键因素，雾滴粒径和尘粒粒径之比值在50～80 时可获得较好降尘效果，而目前一般喷雾的水滴粒径为120～350 µm，因此，非常有必要采取措施，降低喷雾的雾滴粒径。

自吸式实心喷雾器最主要的部件为喷嘴、喉管、短扩散管、吸入室。其工作原理是，通过高压水与气体的作用，将射流水分解为小粒径的雾滴和气泡，达到降尘目的。采煤机摇臂引风水幕含尘气流流动示意图如图1。

图1 采煤机摇臂引风水幕含尘气流流动示意图

2 防控参数优化试验

试验方案采用正交试验，在正交试验设计中，考虑到影响自吸式喷雾器效果的参数主要包括喷嘴、喉管、短扩散管、吸入室等部件的结构尺寸及其供水参数，吸入室、喉管尺寸参照文丘里管设计；喷嘴直径采用传统的1.5 mm，主要对影响自吸空气式降尘喷雾器性能的喉嘴距L、水压P以及扩散管的扩散角α三个因素进行分析。

2.1 试验用吸风式降尘喷雾器的制作

试验用吸风式降尘喷雾器由喷嘴、喉管、吸入室、扩散管、集风器、固定支架等组成，试验系统如图2，喷雾器结构如图3。

图2 试验用自吸式降尘喷雾器系统图

图3 试验用自吸式降尘喷雾器结构示意

试验用吸风式降尘喷雾器制作了3 种不同结构的扩散管，相关参数见表1。

表1 试验相关参数表

2.2 试验结果及分析

（1） 正交试验（表2）

表2 正交试验及结果表

为了便于直观分析，通过各因素水平的数据与相对应的平均值以及每列的极差作正交试验直观分析图，如图4。根据直观分析图可以得出，当喉嘴距为48 mm，水压为6 MPa，扩散角为30°时，除尘效果最佳。

图4 正交试验直观分析图

3 综采截割部防控致灾装备

综采截割部防控致灾装备由A、B、C 组引风水幕组合件、特制安装板、备用喷嘴、套筒、销轴及其开口销等组成。

A 、B 组引风水幕组合件结构相同，靠滚筒侧和中间安装，C 组引风水幕组合件尺寸相对较小，靠机身安装。A 组引风水幕组合件与水平面的夹角为0°～8°，B 组与水平面的夹角为5°～12°，C 组与水平面的夹角为8°～16°。引风水幕组合件由Ⅰ型和Ⅱ型两组吸气喷雾器组成，两组喷雾器夹角为15°，一组指向煤壁，一组与风流夹角小于75°方向指向煤壁。

SMD 值为80～120 µm，Ⅰ型吸气喷雾器吸风量8～12 m3/min，Ⅱ型吸气喷雾器吸风量2～6 m3/min，有效射程2～3 m。

4 注意事项

（1）内径较小的水幕组合件紧靠滚筒安装，喷雾方向与摇臂垂线的夹角为15°～30°，前端抬起高度为20～50 mm 的引风水幕组合件装在摇臂中部及机身侧安装，喷雾方向与摇臂垂线一致。

（2）引风水幕组合件。2 个安装板固定1 个引风水幕组合件，通过直径14 mm×45 mm 的销轴及其开口销将引风水幕组合件与安装板固定。

（3）连接所有软管与吸尘喷雾器前，应该用压力水冲洗软管内壁，保证吸尘喷雾器畅通。

（4）工作面地质条件变化，如遇到实际采高变薄、褶曲等，吸尘喷雾器碰到液压支架时，应将吸尘喷雾器暂时拆下，等到条件正常时，再重新安装。吸尘喷雾器与液压支架发生摩擦时千万不能强行运行。

（5）喷雾用水由配备的防尘喷雾泵供给。

（6）生产过程中需要更换采煤机摇臂时，需提前焊接6 个原规格安装板。

（7）采煤割煤时，防尘喷雾泵应正常运行，并保证泵的出口压力不应小于5.5 MPa。

（8）在每天采煤机检修的同时，必须检查、检修该降尘装置的完好性，发现喷嘴堵塞的应及时清理杂物，发现喷嘴不全应及时补充。喷嘴由3 件套组成，安全、检修过程中不能丢失任何一部件，否则影响喷雾降尘效果。

5 结语

采煤机截割部致灾防控装备正在沈阳煤业集团红阳三矿进行工业性试验，从回采过程中测定的数值情况分析，最大全尘质量浓度由1515 mg/m3降低到111 mg/m3，降尘率达到92.67%，呼吸性粉尘最大质量浓度由219 mg/m3降低到28 mg/m3，降尘率达到87.21%，降尘效果明显，能够有效改善工作面的工作环境，降低煤尘爆炸的风险，具有良好的社会效益，推广应用前景广阔。