掘进机负压二次喷雾降尘装置的分析

掘进机负压二次喷雾降尘装置的分析

赵俊

四川川煤华荣能源股份有限责任公司小河嘴煤矿    635000

摘要：对于既有降尘设备降尘效率不高，不能适应综采作业面降尘要求的现状，研制出了负压二次喷雾降尘设备，如ZPJ-0.2/0.4掘进机用喷雾降尘设备。该设备可以在采取全覆盖水雾除尘前提下，依靠负压吸入式降尘设备过滤工作面气体。验证结果表明，负压二次喷雾降尘设备对全尘与呼吸尘的下沉效率分别上升了43.42%与43.6%，降尘效果明显。

关键词：掘进机；喷雾降尘；煤矿

    掘进机是矿井综采工作的关键机械设施，有利于提升井底综采效率。为防止掘进机运行时形成的粉尘随巷道中的气流分散干扰井底工作安全，一般在掘进机上增加喷雾降尘设备，如今最常见的外喷雾降尘设备运行时出现的水雾是平面状，既不能全覆盖下降大面积粉尘，并且耗水量多、降尘效率不高，所以，要研制出新的喷雾降尘产品，提高对环境中各类粉尘颗粒的下降性能。

1、概述

ZPJ-0.2/0.4掘进机配备的喷雾降尘设备，依靠压缩气体驱动，运行时没有裸露旋转件（下面简称装置）是满足国内矿井多种掘进机应用的先进喷雾除尘设备。

装置应用标准：MT/T 240-1997《煤矿降尘用喷嘴通用技术条件》与Q/ZW 40-2018《ZPJ-0.2/0.4掘进机用喷雾降尘设备》。

装置稳定运行条件如下：

a)允许风速（0～10）m/s；

b)运行温度（0～80）˚Ｃ；

c)相对湿度小于95%（＋25˚Ｃ）；

d)可以用于带甲烷的矿井中。

型号与含义：

Z   P   J  - 0.2/0.4                            

                           额定水压/额定气压，MPa

                           掘进机用

喷雾

装置

2、结构特点及运行原理

装置包含风水联动开关设备、高精密压风及压力水过滤设备、风水磁化平衡设备与脉冲风雾发生器设备，风雾发生器固定器与高压胶管等。

依靠人工移动风水联动开关设备并启动压风与静压水，静压水通依靠管路流进风水磁化平衡设备，压风也通过管道同步送进风水磁化平衡设备，通过磁化之后静压水与压风分别送入设置在风雾脉冲发生设备，压风与静压水于风雾脉冲发生设备中混合后由喷口部位朝外扩散的飞速、微细脉动式飞速汽水风雾流，飞速汽水风雾流喷入掘进机截割头部位，完成对掘进机截割头割煤粉尘的就地净化、避免与削减粉尘分散[1]。

装置特征：

① 整套设备控尘能力高，系统组成简单，便于应用、维护。

② 装置选择压风驱动，运行时没有任何移动构件，安全性及稳定性高，装置运行费用少、应用时基本不用维护。

③ 装置配置的风水磁化平衡设备可以调整混合水雾流物理特性、提升水雾流除尘效率。

④ 脉冲风雾发生器产生的脉冲式风雾流所形成的紊流效应既可以有效提升水雾对粉尘的碰撞概率，提高水雾流捕捉粉尘的质量，还可以有效避免杂物堵住风雾流喷射口。

⑤ 经控制在风水联动开关装置前的水量调节阀可有效控制形成风雾流的含水率，由此满足掘进机各种截割流程的对水雾密度的标准，使之既可以降尘还不干扰掘进机操作者视线。

⑥ 脉冲风雾发生器喷向掘进机截割头的高速脉冲风雾流能有效吹散掘进机截割头附近的瓦斯，提升工作安全性。

⑦ 装置是全不锈钢构造，耐用、防腐蚀，适用于多种矿井条件。

⑧ 除了按照掘进机工况制造的脉冲风雾发生器加固设备外、其他重要构件的安装选择高强度永久磁铁加固，安装方便、固定有效，能高效适应掘进机维修对配件移除与重新安装的迅速需要。

3、具体参数

装置技术参数如表1所以。

表1  ZPJ-0.2/0.4装置具体参数

4、各种喷雾压力条件下负压除尘效果

这种产品的喷嘴内径是2.1mm，为研究各种喷雾压力条件下该设备除尘效果，此处选择X结构流芯喷嘴和激光力度分析设备以及压力表等工具，探究喷嘴降尘设备在2MPa、4MPa、6MPa以及8MPa喷雾压力状态下，2米处的雾化除尘效果和D32，具体结果如表2所示[2]。         

表2 各种喷雾压力状态下负压降尘雾化指标

通过表2得知，伴随喷雾压力的加大，负压喷雾设备的雾化角慢慢减小，运行时的雾化角在2MPa喷雾压力下是90.2°，当运喷雾压力上升至8MPa时，负压喷雾设备的雾化角就下降至72.3°。负压降尘设备运行时的有效射程伴随喷雾压力的加大而慢慢变大，其流量变动趋势也是伴随压力的加大而变大，在离喷嘴2米处的雾滴D

32就是先从2MPa状态下的62.54μm明显下降至4MPa状态下的55.28μm，再逐步减小至8MPa压力时的51.08μm。总之，当喷雾压力是4MPa时，该设备具备最佳除尘效果。

在各种运行压力条件下的负压降尘设备的吸风量统计见表3所示：伴随运行压力的持续上升，喷雾降尘设备运行时的流量与吸风量都表现为不断增多趋势，运行时的气液比在喷雾压力是4MPa时最大（大概1.267），在慢慢减少，在喷嘴压力是8MPa时最小（大概1.158）。所以，当喷嘴降尘设备的喷嘴压力是4MPa时，其性能最好。

表3各种喷雾压力条件下吸风效果比较

5、试验检验

   把该喷雾降尘设备在矿井底部巷道中分别对启动原有喷雾降尘设备与启动既有喷雾降尘设备的运行效果展开比较研究，结果见表4所示。

     表4 各种喷雾压力状态下负压除尘雾化指标（单位：mg/m3）

由表4得知，采取新型负压二次喷嘴降尘设备后，其对全尘除降效率分别上升了42.8%、43.5%、45.6%、42.4%与42.8%，平均降尘水平上升了43.42%左右，对呼尘的除降效率分别上升了44.1%、45.1%、43.4与42.2%，平均降尘水平上升了43.6%左右[3]。所以，新型负压二次喷雾降尘设备可以明显提高矿井底部全尘与呼尘的除降效率，主要是因为采取新型喷嘴体系与负压二次降尘之后出现的水雾可以全覆盖产尘范围，还可以对空气实现负压二次降尘。

参考文献：

[1]冯海钢,唐云鹏.掘进机负压二次喷雾降尘装置的研究[J].机械管理开发,2021,36(09):115-116.

[2]侯建龙.综掘工作面掘进机负压二次降尘装置的研究与应用[J].煤矿现代化,2018(05):106-107.

[3]刘春洋. 掘进工作面环流气水雾化除尘装置的研究[D].太原理工大学,2015.