馬曉南

（大同煤礦集團(tuán)燕子山礦， 山西 大同 037001）

1 燕子山礦8210 工作面概況

大同煤礦集團(tuán)燕子山礦8210 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1 500 m，傾向長(zhǎng)度為185 m，工作面回采煤層為4 號(hào)層，煤層平均厚度為7.44 m，工作面采用低位放頂煤回采工藝，主要采用SL300 型采煤機(jī)進(jìn)行破煤及裝煤。由于8210 工作面回采煤層屬石炭系煤層，煤層穩(wěn)定性差，煤塵揮發(fā)性高，導(dǎo)致工作面在采煤過(guò)程中產(chǎn)生高濃度粉塵，對(duì)采煤機(jī)采用外噴霧降塵時(shí)不僅效果差，而且濕潤(rùn)后的揚(yáng)塵很容易造成噴頭堵塞，增加采煤機(jī)外噴霧系統(tǒng)故障率。對(duì)此，燕山礦通過(guò)技術(shù)研究，合理分析了綜采工作面粉塵主要來(lái)源，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)原噴霧系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。

2 工作面粉塵來(lái)源分析

綜采工作面采煤機(jī)在作業(yè)時(shí)產(chǎn)生煤塵的主要部位為滾筒，特別是滾筒與煤壁不接觸的部分。滾筒在旋轉(zhuǎn)時(shí)粉塵產(chǎn)生范圍從滾筒離開(kāi)煤壁開(kāi)始，沿著滾筒的旋轉(zhuǎn)軌跡，到滾筒與上煤壁接觸為止。滾筒粉塵飛揚(yáng)范圍根據(jù)采煤機(jī)上、下滾筒位置的不同而不同，隨滾筒旋轉(zhuǎn)方向及工作面風(fēng)流不同而變化，在進(jìn)風(fēng)與逆風(fēng)條件下也不同。如果綜采工作面使用背旋滾筒式采煤機(jī)，則上滾筒的粉塵飛揚(yáng)范圍會(huì)比下滾筒大，順風(fēng)巷粉塵飛揚(yáng)范圍比逆風(fēng)大。在采煤機(jī)正常割煤時(shí)由于滾筒與煤壁的接觸面無(wú)空隙，粉塵飛揚(yáng)范圍非常??；采煤機(jī)滾筒隨著自身旋轉(zhuǎn)，當(dāng)滾筒離開(kāi)煤壁暴露在風(fēng)流后，工作面煤壁側(cè)風(fēng)流場(chǎng)會(huì)受到影響產(chǎn)生渦流，再加上粉塵在滾筒慣性的作用下，更容易將粉塵拋灑在風(fēng)流中，伴隨著進(jìn)風(fēng)飄到工作面各處。

3 采煤機(jī)傳統(tǒng)外噴霧系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國(guó)使用的滾筒采煤機(jī)噴霧裝置通常被安裝在采煤機(jī)背部、搖臂、截割電機(jī)固定框外側(cè)三個(gè)位置[2-3]。

3.1 在采煤機(jī)搖臂上安裝噴霧裝置

采煤機(jī)滾筒在空轉(zhuǎn)時(shí)能夠起到較好的噴霧效果，此時(shí)的水霧完全能夠?qū)L筒周?chē)扛采w。但在采煤機(jī)正常工作時(shí)，由于搖臂的噴嘴很容易被煤泥堵塞導(dǎo)致水霧無(wú)法形成，不能有效將粉塵覆蓋，除塵效果較差。當(dāng)工作面采煤機(jī)進(jìn)行割頭、掃尾、挑頂時(shí)很容易將噴頭損壞，導(dǎo)致噴霧系統(tǒng)供水壓力下降，損壞的噴頭不能將粉塵全部覆蓋且不能對(duì)整個(gè)噴霧系統(tǒng)起到卸壓作用，導(dǎo)致噴霧系統(tǒng)不能起到較好的噴霧效果。這種安裝方式能夠隨著搖臂的上下移動(dòng)而改變噴霧范圍，但噴嘴容易被損壞或被煤泥堵塞。

3.2 在采煤機(jī)背部安裝噴霧裝置

采煤機(jī)在工作時(shí)當(dāng)搖臂與背部平行或略高于背部時(shí)，此時(shí)背部噴霧只能覆蓋到滾筒的一部分，搖臂最遠(yuǎn)端及其他位置無(wú)法覆蓋。當(dāng)搖臂低于背部時(shí)，背部噴霧范圍完全不能將滾筒塵源覆蓋。當(dāng)采煤機(jī)沿順風(fēng)方向前進(jìn)時(shí)，此時(shí)下滾筒揚(yáng)起的粉塵被霧流捕集，再加上上滾筒粉塵在進(jìn)風(fēng)處與上滾筒粉塵接觸較多，這樣除塵效果較好。當(dāng)采煤機(jī)沿逆風(fēng)方向前進(jìn)時(shí)，此時(shí)下滾筒的粉塵完全拋灑在風(fēng)流中，上滾筒粉塵能夠與霧流發(fā)生碰撞，起到一定的除塵效果，但效果相比順風(fēng)較差。這種安裝方式的優(yōu)點(diǎn)是工作人員能夠采取一定的防碰撞、防掩埋方式對(duì)噴嘴進(jìn)行保護(hù)，缺點(diǎn)是噴霧霧流只能在一水平面，不能隨著搖臂的變化改變方向。

3.3 在采煤機(jī)截割電機(jī)外側(cè)固定框安裝噴霧裝置

噴霧裝置安裝在此處能夠彌補(bǔ)其他兩種方式的不足，但仍存在以下問(wèn)題：

1）如果噴霧裝置安裝位置偏上，此時(shí)的噴霧效果與安裝在采煤機(jī)背部相似，同樣存在對(duì)滾筒下半部無(wú)法降塵的問(wèn)題。

2）如果噴霧裝置安裝位置靠近搖臂很容易被搖臂阻擋。此時(shí)噴霧裝置射出的霧流大部分會(huì)被搖臂阻擋，滾筒上部不能被霧流覆蓋。由于滾筒遠(yuǎn)端噴嘴產(chǎn)生的霧流與控制搖臂平行，只有一部分能夠?yàn)⒙湓趽u臂上，仍然不能對(duì)遠(yuǎn)端滾筒起到很好的降塵效果。

3）與采煤機(jī)電機(jī)固定框上安裝的噴霧裝置一樣，其水霧的覆蓋范圍斷面為圓形，但采煤機(jī)粉塵斷面為橢圓形，這就造成噴霧裝置對(duì)遠(yuǎn)點(diǎn)降塵時(shí)，近點(diǎn)的除塵效果差；對(duì)近點(diǎn)降塵時(shí)，遠(yuǎn)點(diǎn)的除塵效果差。

4 采煤機(jī)傳統(tǒng)噴霧系統(tǒng)主要存在的問(wèn)題

在采煤機(jī)在正常生產(chǎn)時(shí)，噴霧裝置的安裝位置、噴霧裝置的形狀、噴霧系統(tǒng)水壓及噴嘴的摻氣量這幾個(gè)因素對(duì)降塵效果影響最大。

1）采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)水源來(lái)自于截割電機(jī)的冷卻水。由于受截割電機(jī)水套材料極限的影響，噴霧系統(tǒng)的供水壓力不得小于0.9 MPa，流量不得大于30 L/min。

2）安裝在噴霧架上端的噴嘴只能將部分水霧覆蓋到截割頭上，不能對(duì)塵源直接降塵。

3）噴霧裝置的固定框由于材料硬度低，再加上工作面的工作環(huán)境差，很容易被煤壁掉落的石塊砸傷。因此采煤機(jī)在入井前，工作人員通常會(huì)采用其他粗大的噴霧架。

4）由于噴霧裝置均采用卡套式連接，后期更換、維修難度大。噴霧裝置內(nèi)摻氣量不高，不能對(duì)塵源全覆蓋。

5 采煤機(jī)外噴霧系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)

1）在原來(lái)的基礎(chǔ)上將噴霧裝置的供水系統(tǒng)增設(shè)為兩路：一路采用低壓供水的方式冷卻截割電機(jī)，再將冷卻水供到噴霧架上端的三個(gè)噴頭，使上端噴頭的噴水量增大；另一路采用高壓供水的方式給采煤機(jī)兩側(cè)六個(gè)噴嘴供液，高壓供水主要利用地面水經(jīng)高壓泵加壓后提供，水壓能夠達(dá)到4 MPa，大大增加了霧流的覆蓋范圍，如圖1 所示[4-6]。

2）將原來(lái)的噴嘴更換為引射噴嘴，噴嘴的中心孔徑擴(kuò)大為3 mm，這樣能夠增大霧流的流量。這種噴嘴的最大優(yōu)點(diǎn)是：噴嘴在噴出高速水流時(shí)能夠經(jīng)引風(fēng)孔將周?chē)諝庖雵娮欤氲目諝鈱?duì)噴嘴內(nèi)的水起到較好的霧化效果，更能夠?qū)諝庵械姆蹓m進(jìn)行捕捉。

圖1 優(yōu)化改進(jìn)后噴霧嘴結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖

3）將噴霧架上端的三個(gè)噴嘴的角度提高7°，這樣可以使霧流不會(huì)被截割頭阻擋而直接作用于截割對(duì)象。

4）噴霧架在選擇材料時(shí)選用厚度較大的蓋板，并將噴霧架兩端改為圓弧過(guò)度，這樣能夠提高噴霧架的防護(hù)級(jí)別；同時(shí)將噴霧裝置的卡套式接頭更換為快速接頭，后期更換、維修難度小。

6 應(yīng)用效果

從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，優(yōu)化改進(jìn)后大大降低了采煤機(jī)外噴霧系統(tǒng)的故障率，提高了工作面降塵效果，工作面粉塵質(zhì)量濃度由原來(lái)的104 mg/m3降低至34 mg/m3以下，取得了顯著應(yīng)用成效。