综放工作面采煤机喷雾系统的优化及应用分析

李汝俊

（晋能控股煤业集团侯甲煤矿，山西晋城048105）

1 工程背景

采煤机的滚筒截煤和液压支架降柱移动是煤矿生产过程中产生粉尘最多的环节。根据现场实际测量，采煤机、支架堆叠粉尘浓度达4000mg/m3，不采取防尘措施，对矿井的安全和矿工的身体和心理健康造成了很大的影响。目前，针对采煤机滚筒式煤尘防治的主要方法有：内外喷雾、机体喷雾和尘源追踪喷雾。然而，由于各工作面的粉尘特性、设备尺寸等因素的差异，使得在选择喷淋设备时，没有进行合理的设计和选型，从而降低了除尘效率。

以晋能煤炭集团公司122109 综放工作面为实例，采用大采高综放工作面，采高5.8m，放煤6m，支架高，煤机大，生产效率高。但是该开采方法容易产生较多的灰尘。

现场测试粉尘浓度如图1、图2所示。

图1 采煤机顺风截煤时各采样点粉尘浓度与风速变化曲线图

图2 采煤机逆风截煤时各采样点粉尘浓度与风速变化曲线

通过现场调查，确定了合理的喷淋设备，并选择了适当的喷嘴，对采煤机的外部喷雾进行了优化。同时，在现场试验中，充分利用喷淋技术，充分覆盖了煤层和崩落区，有效地控制了采煤过程中的粉尘，降低了煤尘的传播。

2 采煤机滚筒尘源治理思路

在采煤机运行过程中，由于气流的作用，造成了高密度的煤尘，在采煤空间和行人活动区中大量扩散，对工作面的环境造成了很大的污染。本文以采煤机滚筒内喷淋为研究对象，在煤机上风侧摇臂根部设置外喷，以遮盖鼓轮和下面的区域，以抑制煤尘和烟尘的传播。在采煤机上风侧行走部的末端和表面设置了喷淋装置，通过喷淋的引射作用，将粉尘气流从煤体的侧面输送到煤体的下风侧，并形成一层雾幕，将粉尘气流阻挡在煤墙一侧。在采煤机下风侧破碎机的挡板上设置了一个外部喷雾装置，对下风面的滚筒和上风面的烟尘进行了净化。其技术原理如图3所示。

图3 采煤机外喷雾抑尘、控尘、降尘技术原理示意图

另外，为了达到更好的效果，在原有的上风面和外风面的喷雾器上设置了一套高压复合喷淋系统，以实现大面积的喷洒，最大限度地抑制了煤粉的传播。

3 综放工作面采煤机喷雾优化

（1）采煤机上风侧L 形喷雾。在采煤机的上风面外侧喷淋，能迅速润湿鼓包周围和塌陷区的破碎煤块，从源头上起到控制粉尘的作用。结合采煤机械结构及早期施工经验，对喷头进行了L型优化，并在长边一侧安装型号为HH9.5 的实心圆锥喷头，喷头的喷射速度为8.16L/min，有效距离为3.5m，喷雾覆盖直径为1.627m，以便迅速润湿滚筒的周缘。在其短边安装了BA305 喷头，雾化效果更好，喷射速度为6.38L/min，有效距离为1.5m，雾化角为45°，喷雾覆盖直径为∅0.412m，用来将滑槽中的破碎煤块打湿。

（2）采煤机上风侧控降尘喷雾。上风面控尘喷雾是用来将由采煤机阻挡而聚集在摇杆底部的尘土，同时，在末端的喷水作用是用来遮盖滚筒底部塌陷的煤块，引射喷雾是通过喷淋管道中喷出的负压空气，使含尘气体沿煤壁方向移动，降低驾驶员所在部位的灰尘污染。

本机为悬臂结构，长3.5m，可调至滚筒中心。上风面的控制喷雾包括引射喷雾、挡尘帘、引射式集尘机三大类，其喷管选择BA103型喷头，见图4。

图4 采煤机.上风侧喷雾控尘装置结构图

（3）采煤机机面顺风控尘喷雾。机面顺风控尘喷雾是在生产过程中，在采煤机外侧形成一条连续的竖直水帘，防止尘土从机道上方向路面蔓延。该设备采用独立的喷淋系统，具有较小的容积。采用高强度的不锈钢制作而成，具有较高的抗撞性。该设备仅装有1个喷头，其喷头也是采用BA103型扇形喷头，在喷头安装位置上设有凹口，以确保喷头安装就位；喷口不高，防止掉下的煤块把它破坏。其结构如图5所示。

图5 采煤机机面喷雾装置结构图

（4）采煤机机面集中喷雾。机面喷淋设备（采煤机挡煤板下风侧的外角），其主要是集中喷淋设备和固定设备，以净化滚筒上部的空气，降低物料沿着机道向回风方向的扩散。由于采煤机机体振动严重，采用的无极限位螺钉容易磨损，不能正确调节。

（5）破碎机护罩喷雾。破碎机护罩喷淋装置安装在破碎机护罩的边缘，其作用是净化破碎鼓下部通道的气流，并覆盖下风侧鼓的边沿，降低鼓在旋转时的粉尘。

（6）破碎机挡板喷雾。破碎机的挡板喷雾是一种横向、纵向的顺风式喷雾，它的主要功能是阻止采煤机在截留过程中产生的粉尘向路面上扩散。本设备设计为横、竖两排，横排为顺风，并选用扇形喷嘴，以防止粉尘气流向行人方向扩散；垂直排烟方式为横截面，选择实心圆锥喷雾，用以分隔、沉淀下风向的滚筒截煤机和上风侧输送的烟尘。

4 采煤机喷雾配套工艺

由于采煤机的喷水设备都是后装的，所以基本都是用焊接来固定。而且由于工作面开采量大，煤层坚硬，片帮严重，为了避免对喷淋设备造成损坏，有些喷淋设备在焊接固定后还采用了链条加强保护。采用已有的破碎滚筒摇臂固定基座的螺栓孔，使用螺栓将上风面的喷粉控制设备固定。喷淋水与采煤机的冷却喷淋采用相同的高压水泵，由采煤机进水孔接四通，经阀门、过滤器、管路等各部分流入喷头，通过喷头喷射，在喷射过程中产生雾滴。在122109 综放工作面，利用异径四通阀门在DN38 供水管路上分出DN19 接口，随后采用DN19 三通、DN19 双阳直接头、DN19 高压橡胶管分别与不同区域的喷雾装置进行连接。高压胶管、三通、双阳直头等安装在采煤机的机面防护罩下面、切割电机、破碎机前部，防止落煤的冲击。系统连接如图6所示。

图6 采煤机喷雾装置供水管路连接

5 应用效果

为检测最佳喷淋系统对卷扬尘源的抑、控、降尘效果，在装置安装后，连续独立地研究了该系统的除尘效果。主要采取了改进的采煤机上风向L 型喷雾、采煤机控制降尘喷雾、机面顺风喷雾系统；机面集中喷雾、破碎机护罩喷雾、破碎机护罩喷雾（横、纵两种）6 种。具体治理效果如表1所示。

表1 采煤机抑、控尘喷雾治理效果

如表1所示，在采用了抑尘、抑尘喷雾后，在顺风、逆风截煤情况下，实现了粉尘浓度的大幅度下降。如司机附近总粉尘的下降的比例达到了67.50%，呼吸性粉尘下降的比例达到了56.95%；司机下风侧10m 处总粉尘的下降的比例达到了61.86%，呼吸性粉尘下降的比例达到了51.28%；回风巷距端头15m 处总粉尘的下降的比例达到了53.86%，呼吸性粉尘下降的比例达到了45.89。综上所述，在逆风截煤过程中，司机处的烟尘浓度要比顺风截煤机高得多，这主要是由于在工人工作场所，降柱移动架所产生的粉尘是最大的。

6 结语

针对晋能煤电某煤矿122109综放采煤机滚筒式采煤机煤尘浓度高，煤机只能实现小范围的喷射，降尘效果较差，对采煤机外侧喷雾进行了优化，其中重点为采煤机上风口L型喷雾、采煤机控制降尘喷雾、机面顺风式喷雾系统；机面集中喷雾、破碎机护罩喷雾、破碎机护罩喷雾（水平方向和垂直方向2种）。经实地使用，采用最优工艺进行的煤灰控制效果分别为67.50%和56.95%，较好地解决了煤矿井口因烟尘堵塞造成的环境问题。此外，工作面上产生灰尘的来源较多，要从根本上消除煤尘的污染，必须做到多点、多措施协同处理。