張利民

（同煤集團(tuán)四臺(tái)礦機(jī)掘三隊(duì)， 山西 大同 037000）

引言

隨著我國煤礦開采向高產(chǎn)量、高效能方向的轉(zhuǎn)變，粉塵問題日益突出，粉塵聚集在礦井內(nèi)既影響采煤人員身體健康，又會(huì)為煤礦安全生產(chǎn)埋下隱患。自動(dòng)噴霧除塵設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)簡(jiǎn)便，應(yīng)用較為廣泛，因此，應(yīng)用自動(dòng)噴霧除塵技術(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)噴霧除塵系統(tǒng)。

1 礦井帶式輸送機(jī)輸送帶自動(dòng)噴霧除塵技術(shù)概述

1.1 輸送帶自動(dòng)噴霧除塵技術(shù)原理

噴霧產(chǎn)生表面張力為零的微小顆粒能快速攔截、封鎖、潤(rùn)濕、吸附空氣中和輸送帶的塵粒，粒徑不斷增大后，在凝聚作用下重力超過浮力后塵粒逐漸下降，并攔截大粒徑煤塵，而粒徑不足0.5μm 的小粒徑煤塵在擴(kuò)散機(jī)理下被水霧擴(kuò)散捕集，達(dá)到理想的除塵效果。也就是自動(dòng)噴霧除塵技術(shù)的重力沉降、慣性碰撞、惰性凝結(jié)、擴(kuò)散捕集等機(jī)理[1]，具體如圖1所示。

圖1 自動(dòng)噴霧除塵技術(shù)作用機(jī)理

1.2 輸送帶自動(dòng)噴霧除塵效果影響因素

首先，礦井輸送帶自動(dòng)噴霧除塵效果受水特性的影響，研究表明，水表面張力影響和干擾噴霧射流，也就是水介質(zhì)與其余介質(zhì)接觸面存在的內(nèi)聚力導(dǎo)致接觸面產(chǎn)生膜類物質(zhì)和力的作用。水的酸堿性會(huì)對(duì)自動(dòng)噴霧除塵系統(tǒng)零部件產(chǎn)生腐蝕，影響零部件使用壽命，腐蝕后產(chǎn)生的金屬殘?jiān)矔?huì)影響噴頭性能和除塵效果。煤塵基本上帶正電荷，水流介質(zhì)噴射成霧粒后帶負(fù)電荷，在煤礦礦井難以推廣荷電霧化技術(shù)的情況下，必須充分考慮水流介質(zhì)的帶電情況對(duì)噴霧除塵效果的影響。

其次，礦井輸送帶自動(dòng)噴霧除塵效果受噴嘴參數(shù)的影響。自動(dòng)噴霧除塵系統(tǒng)噴嘴圓柱段變長(zhǎng)后會(huì)加速出水口水流，但是會(huì)減小射流密集段長(zhǎng)度，對(duì)自動(dòng)噴霧除塵系統(tǒng)產(chǎn)生一定干擾，所以，任何型式的噴嘴都存在最佳長(zhǎng)度的確定問題。礦井輸送帶自動(dòng)噴霧除塵實(shí)踐表明，系統(tǒng)噴嘴最佳長(zhǎng)度應(yīng)控制在其自身直徑2.5～3 倍的范圍[2]。噴嘴內(nèi)壁粗糙程度決定水流噴射質(zhì)量和噴嘴使用壽命，內(nèi)壁凹凸不平必然會(huì)改變水壓，影響噴霧質(zhì)量，在水流運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)壓力的微小變化都會(huì)對(duì)自動(dòng)除塵機(jī)械產(chǎn)生破壞。此外，噴嘴內(nèi)壁粗糙度增大后水流邊界區(qū)厚度將增加，流速降低，沉降效果下降。

2 礦井帶式輸送機(jī)輸送帶自動(dòng)除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 噴霧方式的選擇

傳統(tǒng)的噴霧除塵技術(shù)采用水壓為1.5～2.0 MPa的低壓冷卻水，為防止噴頭堵塞，必須提高水質(zhì)，噴霧除塵效果一般。此外，還需要有外接電源，并通過人工進(jìn)行除塵系統(tǒng)開關(guān)操作，運(yùn)行成本高。而通過水氣兩相的結(jié)合，充分利用輸送帶自身動(dòng)力產(chǎn)生壓力水氣，噴霧動(dòng)能大、粒徑小，對(duì)水壓和水質(zhì)無要求，能耗低，霧化效果良好，除塵效率高。

2.2 輸送帶自動(dòng)除塵系統(tǒng)構(gòu)成的確定

礦井帶式輸送帶自動(dòng)噴霧除塵系統(tǒng)基于高壓噴霧除塵技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上優(yōu)化了除塵效果，其主要由發(fā)電機(jī)、旋渦氣泵、廣角霧化噴頭、電磁閥及自吸泵等構(gòu)成。發(fā)電裝置和旋渦氣泵主要依靠礦井輸送帶動(dòng)能帶動(dòng)并產(chǎn)生壓力氣，電磁閥和自吸泵由發(fā)電裝置提供電能后生成高壓水，礦井輸送帶啟動(dòng)后除塵系統(tǒng)即刻工作，有效解決了傳統(tǒng)除塵系統(tǒng)啟動(dòng)受人工影響的問題。輸送帶自動(dòng)除塵系統(tǒng)采用廣角霧化噴頭，能有效解決噴頭因水質(zhì)較差而引起的堵塞問題。由廣角霧化噴頭結(jié)構(gòu)示意圖（圖2）可以看出，與該噴頭主體軸心線擴(kuò)散角垂直設(shè)置矩形豁口Ⅰ和Ⅱ，噴頭兩端分別旋接進(jìn)水接頭和氣芯。除塵工作時(shí)，連接氣芯與壓風(fēng)管路、進(jìn)水端和供水管路，調(diào)節(jié)鏈路閥門、壓風(fēng)和出水量，以達(dá)到最佳的噴霧除塵效果。

2.3 噴嘴、噴霧泵及過濾器的選型

螺旋導(dǎo)水芯是礦井輸送帶自動(dòng)霧化除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵性部件，其主要影響水流壓力、初始速度及除塵效果，噴嘴結(jié)構(gòu)及性能對(duì)比詳見表1。四種噴嘴結(jié)構(gòu)在霧化原理、水霧形狀和出口直徑等方面存在細(xì)微差別[3]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，水介質(zhì)壓力、流量、流速、管徑、水霧形狀等都會(huì)影響除塵效果，為保證噴霧效果，必須消除水中雜質(zhì)。徑向柱塞噴霧泵在柱塞循環(huán)往復(fù)作用下不斷吸入和排出水液，實(shí)現(xiàn)電能向液壓能的轉(zhuǎn)化，噴霧除塵系統(tǒng)運(yùn)行提供動(dòng)力。噴霧泵和柱塞是選用45 號(hào)優(yōu)質(zhì)鋼材制作而成的，強(qiáng)度大、抗腐蝕性好、耐磨性能優(yōu)良。阻塵系統(tǒng)中安裝過濾精度100μm 的線隙式過濾器，噴霧子系統(tǒng)選用精度200μm 的網(wǎng)式過濾器。

與下側(cè)輸送帶緊貼的驅(qū)動(dòng)輪通過礦井輸送帶作業(yè)過程中所產(chǎn)生動(dòng)能，再由變速裝置實(shí)現(xiàn)變速，進(jìn)一步帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)生成電流，向電磁閥和自吸泵供電，并控制流體通斷，實(shí)現(xiàn)高速紊流。同時(shí)，帶動(dòng)旋渦氣泵產(chǎn)生氣體，經(jīng)壓縮后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏簹?，高壓氣和高壓水在廣角霧化噴頭內(nèi)相遇后，壓力水在壓力氣阻力的作用下形成霧粒，以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井輸送帶自動(dòng)除塵和潤(rùn)濕的效果。廣角霧化噴頭能噴出180°扇形水霧，其耗水量比傳統(tǒng)噴霧除塵節(jié)省1/2～2/3，除塵率高達(dá)90%以上，噴霧除塵過程中并不影響人員正常通行，全斷面覆蓋式噴霧除塵，不產(chǎn)生積水。

圖2 廣角霧化噴頭構(gòu)造示意圖

表1 自動(dòng)霧化除塵系統(tǒng)噴嘴結(jié)構(gòu)及性能對(duì)比

3 結(jié)論

1）煤礦礦井輸送帶自動(dòng)噴霧除塵系統(tǒng)因采用廣角霧化噴頭而使噴射角度增大，霧化效果提升，實(shí)現(xiàn)水氣分離，避免壓風(fēng)進(jìn)水等問題，對(duì)礦井輸送帶生產(chǎn)條件適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低、安全可靠。

2）輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)與除塵系統(tǒng)啟閉同步進(jìn)行，無需人工操作，成本低，自動(dòng)除塵系統(tǒng)充分利用礦井輸送帶產(chǎn)生的能量，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)和旋渦氣泵產(chǎn)生壓力水氣，噴霧效果不受水質(zhì)影響，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)除塵。