楊興發(fā)+韓石華+王鵬飛+譚烜昊

摘 要：在煤礦生產(chǎn)中，粉塵不僅會對人體健康產(chǎn)生危害，使職工容易患塵肺病，而且會影響操作的準(zhǔn)確性，容易造成人身事故，影響儀器設(shè)備的使用壽命。同時，如果是具有爆炸危險性的粉塵，還會給礦井安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。因此，除塵的重要性不言而喻。除塵的原理包括機(jī)械除塵原理和電除塵原理。其中，機(jī)械除塵的五大機(jī)理分別是：重力沉降；離心碰撞；慣性碰撞；滯留；擴(kuò)散。電除塵的工作機(jī)理包括電暈放電、塵粒荷電、荷電塵粒的運動和收集。礦井生產(chǎn)中，綜采工作面產(chǎn)生的粉塵濃度高，危害大，是主要的產(chǎn)塵源之一。所以，研究綜采工作面噴霧降塵的技術(shù)，對改善員工和設(shè)備的工作環(huán)境和減少安全事故的發(fā)生具有重大意義。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；噴霧；粉塵；降塵

Abstract： In coal mine production， The dust will not only cause harm to human health， so that employees tend to suffer from pneumoconiosis， but also affect the accuracy of operation， easy to cause the accident， affect the service life of equipments， At the same time， if the dust is explosive， but also pose a serious threat to the mine safety production. Therefore， it is self-evident. The importance of dust removal principle including mechanical principle and electric dust removal principle. Among them， five mechanisms are： mechanical dust gravity settling； centrifugal inertial collision； collision； retention； diffusion. The working mechanism of electrostatic precipitator including corona discharge， dust particle charging， charged dust particle movement and collection. In mine production， the dust concentration in fully mechanized mining face of high hazard， is one of the major dust sources， so the study of fully mechanized face dust spray technology is of great significance to improve the staff and equipment working environment， reduce the occurrence of safety accidents。

Keywords： fully Mechanized Mining Face； spray； dust； dust-settling

引言

當(dāng)前，礦井粉塵防治的措施有很多，對于綜采工作面的粉塵防治措施也有許多，但都存在一些問題。粉塵對礦山的危害性，破壞性，對粉塵的防治是煤礦重點關(guān)注的方面。目前綜采工作面的降塵理論和措施發(fā)展迅速，但降塵效果還未達(dá)到國家規(guī)定要求，近年來，相關(guān)研究人員對粉塵的研究也越來越深入，越來越細(xì)化，粉塵研究領(lǐng)域呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的積極態(tài)勢，筆者將針對目前粉塵防治的原理和具體措施做深入理論分析。由于理論的不足和實踐當(dāng)中的局限性嚴(yán)重影響了采煤機(jī)的噴霧降塵效果，比如外噴霧的壓力不夠，霧化效果不好，有效噴霧范圍達(dá)不到設(shè)計要求，內(nèi)噴霧由于安裝在滾筒上，容易脫落和堵塞，在現(xiàn)場的降塵效果十分差勁。因此，研究綜采工作面噴霧降塵技術(shù)研究有利于提高降塵效率，改善作業(yè)環(huán)境。

1 噴霧降塵原理以及影響因素研究

有關(guān)噴霧降塵機(jī)理有慣性碰撞、重力沉降、擴(kuò)散捕集和攔截捕塵四種。噴霧裝置噴出的霧粒與固體塵粒的凝結(jié)使塵粒濕潤，自重也隨之增加且開始發(fā)生沉降現(xiàn)象，這種叫重力沉降。其次由于流線不能突然偏轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)流攜塵粒向霧粒運動且離霧粒不遠(yuǎn)時就開始繞水霧繞動。若不考慮塵粒的質(zhì)量，則塵粒會和水流同步，因為塵粒有體積的影響，塵粒的質(zhì)心所在流線與液體霧粒的距離小于塵粒半徑時，塵粒便會被液體霧粒攔截，使塵粒附著于霧粒，這是攔截捕塵作用。對于比較細(xì)微的粉塵，尤其是直徑小于0.5μm的粉塵，由于受布朗擴(kuò)散作用，被霧粒所捕集，這叫擴(kuò)散捕集。以上就是噴霧降塵機(jī)理[1-2]。

除塵的影響因素有很多，液體粒子分散度、液體粒子運動速度、霧流幾何形狀與液體壓力等。裝置供給壓力與霧體粒子的降塵性能關(guān)系很大，裝置供給壓力越大產(chǎn)生的霧粒越小，霧體體積也越大，霧粒噴出初速度越快，降塵效果越好，單位體積的耗水量越大，降塵效果越好，粉塵的密度越大和濕潤性越好，都會使降塵的效率顯著提高[3]。

2 綜采工作面噴霧降塵技術(shù)

2.1 采煤機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)

采煤機(jī)內(nèi)噴霧裝置是采煤機(jī)所屬截割部內(nèi)噴霧射流的一種裝置，可以降低截割頭的溫度，保護(hù)截齒。內(nèi)噴霧裝置是利用高壓將液體氣化并將噴霧送至采煤機(jī)截割部位。由于壓縮氣體的壓力，射流噴射器必須保證液體霧粒全部噴射至采煤機(jī)截割的范圍之內(nèi)，相對主軸，噴霧的夾角和噴嘴角度要處于有效長度內(nèi)。數(shù)據(jù)表明：水射流在一定的噴射壓力作用下保持恒定情況下就可以滿足相應(yīng)要求，即使在煤礦作業(yè)場所內(nèi)將噴射流量進(jìn)行合理范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，氣流也不會產(chǎn)生較大的影響。最恰當(dāng)?shù)膬?nèi)噴裝置嘴形是保證液體流與氣體流有一定比例的錐形空心噴霧裝置。

通過內(nèi)噴系統(tǒng)的液體體積取決于噴嘴承受的有效壓力。堵塞是降塵系統(tǒng)比較常見的問題，特別對外伸式搖臂采煤機(jī)，在截割煤體時堵塞會更為嚴(yán)重，進(jìn)入截割區(qū)或者在退出端頭時，降塵系統(tǒng)的入口管處與裝置驅(qū)動部位之間空隙太小，霧塵容易聚集在這些地方。采煤設(shè)備的其他零部件偶爾也會發(fā)生堵塞情況，輸送機(jī)也更容易發(fā)生堵塞，大部分堵塞情況都發(fā)生在噴嘴處，可以在水的強(qiáng)壓力下疏通大部分堵塞[4]。

2.2 采煤機(jī)外噴霧系統(tǒng)

目前的采煤機(jī)都有內(nèi)外噴霧裝置，但在采煤現(xiàn)場工作環(huán)境中，內(nèi)噴裝置受采煤現(xiàn)場實際條件影響，效果不太理想，究其原因是采煤機(jī)內(nèi)噴霧裝置的密封性能差，易漏水，內(nèi)噴嘴易堵，部分采煤機(jī)的葉片下方水路的過水?dāng)嗝娣e不足，供水量不足等，都會影響降塵效果，而且受裝置壓力影響較大，壓力不足易造成噴嘴堵塞，不能噴霧。采煤機(jī)的噴霧降塵效果與采用的噴嘴類型、噴嘴的布置、噴霧參數(shù)、煤塵性質(zhì)等很多因素有關(guān)。傳統(tǒng)外噴霧的方式大部分是采用逆風(fēng)噴霧，不僅降塵效果不盡人意，而且當(dāng)采煤機(jī)逆風(fēng)向截割煤體時，受風(fēng)流影響，采煤機(jī)截割受阻。結(jié)合前滾筒旋轉(zhuǎn)與逆風(fēng)噴霧的原因，會使采煤機(jī)體前端產(chǎn)生渦流，受此影響大量高濃度含塵氣流迅速擴(kuò)散到采煤機(jī)司機(jī)的作業(yè)的范圍，造成司機(jī)和下風(fēng)流作業(yè)人員嚴(yán)重危害。近年來，國內(nèi)外相繼開展了這方面的研究，并取得了較大進(jìn)展，采用噴霧引射方法，將大量污風(fēng)流引射向煤壁，迫使污風(fēng)沿煤壁側(cè)流動，由此避免污風(fēng)流污染采煤司機(jī)工作環(huán)境并進(jìn)一步阻擋了污風(fēng)流擴(kuò)散人行道空間。在引射噴霧和跟蹤噴霧的綜合作用下，將污風(fēng)中的粉塵降下來[5]。

2.3 采煤支架噴霧系統(tǒng)

目前，我國比較普遍通用的綜采液壓支架噴霧系統(tǒng)大多采用受控和液控兩種方式[6]，支架噴霧降塵的原理就是利用液壓作用將支架內(nèi)部的液體加壓噴出，通過噴口將液體氣霧噴射向粉塵工作區(qū)域，由于采用支架支護(hù)的方式已經(jīng)越來越應(yīng)用到大部分煤礦，而支架產(chǎn)生的較大空間和移動支架所產(chǎn)生的大量粉塵會迅速充斥支護(hù)空間，其產(chǎn)生的污染性與危害性不亞于采煤機(jī)截割煤體時產(chǎn)生的粉塵。目前，學(xué)術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)深入研究的很多支架噴霧的理論并開發(fā)了多種支架噴霧裝置，支架噴霧的降塵效果也愈加明顯。當(dāng)前，支架噴霧系統(tǒng)正呈現(xiàn)自動化、智能化的發(fā)展趨勢。當(dāng)割煤機(jī)移動時，割煤機(jī)上安裝的遙控發(fā)送器發(fā)送信號，支架上安裝的遙控接收器接收信號。信號傳至至主機(jī)，隨后主機(jī)通過預(yù)設(shè)程序控制支架噴霧。當(dāng)生產(chǎn)工人移架時，支架無線發(fā)射器感應(yīng)到移架手柄運動，將信息反饋至主機(jī)，主機(jī)發(fā)出噴霧指令，當(dāng)停止運動移架手柄后，按照預(yù)設(shè)程序延時一定時間自動停止噴霧。

2.4 采煤隔塵簾和風(fēng)流凈化水幕

氣幕潔凈棚隔塵原理是空氣幕隔塵原理的基礎(chǔ)，首先利用從裝置條形風(fēng)口中吹出的空氣密度流，形成一道空氣幕墻，從而起到將塵源與周圍環(huán)境隔離的完美效果。隔塵簾的形式多種多樣，結(jié)構(gòu)配置也不盡相同，產(chǎn)生的隔塵效果也隨之改變，隔塵簾和風(fēng)流凈化水幕在現(xiàn)場實踐應(yīng)用中起到了非常良好的效果。隨著配套及輔助技術(shù)的發(fā)展，隔塵簾和風(fēng)流凈化水幕的技術(shù)理論也得到了空前的提高，大部分技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用的非常成熟。該項技術(shù)已得到我國部分煤礦的大量現(xiàn)場使用?？諝饽淮蠖喟惭b在采煤機(jī)機(jī)體之上，當(dāng)采煤機(jī)滾筒切割煤體時，空氣幕裝置噴出的新鮮氣體流就能防止現(xiàn)場產(chǎn)生的粉塵擴(kuò)散至采煤機(jī)司機(jī)等工作人員的環(huán)境，裝置噴出的新鮮氣體流形成一道氣流屏障，隔塵效果顯著[7]根據(jù)現(xiàn)場工作人員的調(diào)查反應(yīng)以及對相關(guān)數(shù)據(jù)收集的整理分析顯示，隔塵簾和風(fēng)流凈化水幕的降塵效果非常滿意。

3 結(jié)束語

由于粉塵對礦山開采具有危害性，破壞性，所以對粉塵的防治也是煤礦安全研究人員重點研究的方面，目前綜采工作面的降塵理論和措施發(fā)展迅速，但降塵效果還未達(dá)到國家規(guī)定要求，近年來，相關(guān)研究人員對粉塵的研究也越來越深入，越來越細(xì)化，粉塵研究領(lǐng)域呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的積極態(tài)勢，筆者針對目前粉塵防治的原理和具體措施做深入理論分析，以提供理論參考。降塵的理論和方法還需要進(jìn)一步深入研究，以提高降塵的效果。同時要加強(qiáng)職工的技術(shù)和技能培訓(xùn)，提高礦山現(xiàn)場作業(yè)人員的防塵健康意識，掌握防塵知識和技術(shù)措施，企業(yè)制定粉塵防治管理相關(guān)制度，以期從根本上改善綜采工作面的作業(yè)環(huán)境、降低相關(guān)疾病的發(fā)病率。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：楊興發(fā)（1994-），男，漢族，甘肅省白銀市人，湖南科技大學(xué)2013級本科生，研究方向：礦井粉塵防治。