馬有營(yíng) 徐榮蕭

(濱州學(xué)院化工與安全學(xué)院 山東濱州 256600)

0 引言

噴霧降塵是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的礦井降塵措施，噴霧壓力的選擇對(duì)噴霧降塵效果至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究一度認(rèn)為高壓噴霧比低壓噴霧降塵效果好。但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)采用高壓噴霧后降塵效果只取得了一定程度的改善，與理想的效果相差較大，同時(shí)噴霧壓力增大后由于耗水量增加導(dǎo)致工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染嚴(yán)重[1-3]。因此，目前對(duì)采掘工作面截割區(qū)域不同位置的噴霧壓力和噴嘴的選擇主要還是憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀選擇，缺乏相關(guān)的理論指導(dǎo)，導(dǎo)致噴霧降塵效果不是很理想。本研究認(rèn)為，噴霧壓力和噴嘴的選擇必須在結(jié)合不同截割區(qū)域粉塵特性的基礎(chǔ)上綜合考慮噴嘴霧化角、有效射程、耗水量以及霧滴粒徑等相關(guān)參數(shù)與噴霧壓力的關(guān)系，根據(jù)礦井采掘工作面截割區(qū)域不同位置的具體情況對(duì)噴霧壓力進(jìn)行分區(qū)域選擇。為此，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出了礦井采掘工作面截割區(qū)域不同位置的粉塵特性和目前礦井常用6種壓力式霧化噴嘴在不同壓力時(shí)的霧化參數(shù)，在此基礎(chǔ)上綜合考慮噴嘴霧化角、有效射程、耗水量以及霧滴粒徑等參數(shù)并結(jié)合礦井采掘工作面截割區(qū)域不同位置粉塵特性對(duì)采煤機(jī)和綜掘機(jī)外噴霧的噴霧壓力和噴嘴類(lèi)型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步完善了噴霧降塵理論。

1 礦井采掘工作面截割區(qū)域粉塵分區(qū)特性測(cè)定

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

采用濟(jì)南微納儀器有限公司生產(chǎn)的Winner 99顯微顆粒圖像分析儀對(duì)國(guó)內(nèi)10個(gè)具有典型代表性的煤礦綜放工作面和綜掘工作面截割區(qū)域內(nèi)不同范圍的粉塵顆粒粒度大小進(jìn)行測(cè)定分析，從而得出采掘工作面截割區(qū)域的粉塵特性。

1.2 粉塵采樣點(diǎn)的選擇

綜放工作面和綜掘工作面的粉塵采樣點(diǎn)均為以下3個(gè)點(diǎn)：距滾筒徑向距離為0.5 m、1.0 m、1.5 m處。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由于實(shí)驗(yàn)樣品為某一采樣點(diǎn)在5 min內(nèi)被粉塵采樣器所吸入的粉塵顆粒群，該粉塵顆粒群顆粒粒徑的大小代表該采樣點(diǎn)粉塵顆粒粒徑的大小。因此，選取該粉塵顆粒群的表面積(加權(quán))平均粒徑代表該采樣點(diǎn)粉塵顆粒粒徑的大小對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，用符號(hào)XSV表示，計(jì)算公式為

式中，di為不同粒徑值，Ni為粒徑di的顆粒數(shù)目[4-6]。

圖1為礦井綜放工作面截割區(qū)域不同位置粉塵粒度測(cè)定結(jié)果，圖2為礦井綜掘工作面截割區(qū)域不同位置粉塵粒度測(cè)定結(jié)果。

圖1 綜放工作面粉塵粒徑分布

圖2 綜掘工作面粉塵粒徑分布

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，礦井不同截割區(qū)域產(chǎn)生的粉塵粒徑大小各不相同。對(duì)礦井綜放工作面而言，截割區(qū)域粉塵粒徑大小為：距采煤機(jī)滾筒0.5 m處平均粒徑為10.18 μm、距采煤機(jī)滾筒1.0 m處平均粒徑為8.05 μm、距采煤機(jī)滾筒1.5 m處平均粒徑為4.56 μm，大小關(guān)系表現(xiàn)為：距采煤機(jī)滾筒0.5 m處>距采煤機(jī)滾筒1.0 m處>距采煤機(jī)滾筒1.5 m處；對(duì)礦井綜掘工作面而言，截割區(qū)域粉塵粒徑大小為：距綜掘機(jī)滾筒0.5 m處平均粒徑為13.40 μm、距綜掘機(jī)滾筒1.0 m處平均粒徑為10.07 μm、距綜掘機(jī)滾筒1.5 m處平均粒徑為5.65 μm，大小關(guān)系表現(xiàn)為：距綜掘機(jī)滾筒0.5 m處>距綜掘機(jī)滾筒1.0 m處>距綜掘機(jī)滾筒1.5 m處。由此可見(jiàn)，無(wú)論綜放工作面還是綜掘工作面，在滾筒徑向方向上，距離滾筒越遠(yuǎn)的位置，粉塵粒徑越小。

2 礦井霧化噴嘴類(lèi)型

目前，壓力式霧化噴嘴是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多的礦井霧化噴嘴。壓力式霧化噴嘴按霧流形狀可分為扇形噴嘴、束形噴嘴、實(shí)心圓錐噴嘴、空心圓錐噴嘴；按霧化類(lèi)型可分為含螺旋槽導(dǎo)流芯混合式噴嘴、漩渦離心混合式噴嘴、切向離心混合式噴嘴、外螺旋槽式噴嘴、含X形導(dǎo)流芯混合式噴嘴和側(cè)向?qū)Я骺纂x心式噴嘴等。各類(lèi)噴嘴均有其優(yōu)缺點(diǎn)，在不同壓力時(shí)霧化參數(shù)也各不相同。目前煤礦缺少一套合理的噴嘴使用標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)理論依據(jù)，各類(lèi)噴嘴使用混亂，最終導(dǎo)致降塵效果較差，因此，急需對(duì)各類(lèi)噴嘴不同壓力時(shí)的霧化參數(shù)進(jìn)行研究，為礦井噴霧降塵過(guò)程中噴嘴類(lèi)型和噴霧壓力的選擇提供理論指導(dǎo)。

3 噴嘴霧化參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出6種不同類(lèi)型礦用壓力式噴嘴霧化角、有效射程、耗水量和霧滴粒徑與噴霧壓力之間的關(guān)系，全面了解壓力式噴嘴的霧化特性，從而為礦井噴霧壓力和噴嘴類(lèi)型的選擇提供依據(jù)。表1為實(shí)驗(yàn)用噴嘴類(lèi)型分布表。

表1 實(shí)驗(yàn)噴嘴參數(shù)

3.1 噴嘴常規(guī)霧化參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置包括水箱、高壓柱塞泵及SGC型雙功能高壓水表。泵壓力可在0～28 MPa連續(xù)可調(diào)，通過(guò)高壓膠管經(jīng)SGC型雙功能高壓水表輸送到噴嘴形成噴霧。SGC型雙功能高壓水表可測(cè)定的最大水壓力為16 MPa，水流量范圍為0.1～5 m3/h。

根據(jù)礦井噴霧降塵現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇2、4、6、8 MPa 4個(gè)壓力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)噴嘴包括霧化角、有效射程以及耗水量在內(nèi)的常規(guī)霧化參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

(a) 霧化角 (b) 有效射程 (c) 耗水量圖3 噴嘴常規(guī)霧化參數(shù)測(cè)定結(jié)果

由圖3可知，在同一壓力時(shí)，不同類(lèi)型噴嘴的霧化角、有效射程、耗水量、霧滴粒徑等參數(shù)各不相同。對(duì)霧化角而言，總體表現(xiàn)為：切向離心混合式噴嘴>漩渦離心混合式噴嘴>側(cè)向?qū)Я骺纂x心式噴嘴>含螺旋槽導(dǎo)流芯混合式噴嘴>外螺旋槽式噴嘴>含X形導(dǎo)流芯混合式噴嘴；對(duì)有效射程和耗水量而言，在不同壓力時(shí)各噴嘴大小順序也各不相同。另外，隨著噴霧壓力增大，各類(lèi)型噴嘴的霧化角逐漸減小、有效射程逐漸增加、耗水量逐漸增大。

3.2 噴嘴霧滴粒度測(cè)定實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由高壓噴霧泵、封閉式實(shí)驗(yàn)箱、風(fēng)機(jī)以及Winner 312噴霧激光粒度儀組成，如圖4所示。高壓噴霧泵的壓力可在0～28 MPa連續(xù)可調(diào)，封閉式實(shí)驗(yàn)箱由入風(fēng)漸擴(kuò)段和長(zhǎng)方體實(shí)驗(yàn)段組成，安裝噴嘴的支架在長(zhǎng)方體實(shí)驗(yàn)段可以實(shí)現(xiàn)前后、上下自由移動(dòng)以測(cè)量不同霧場(chǎng)位置的霧滴粒徑。風(fēng)機(jī)為FZ40/35-11/12(s)型軸流通風(fēng)機(jī)，通過(guò)無(wú)極變頻器控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂品忾]式實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的風(fēng)速。Winner312噴霧激光粒度儀由激光發(fā)射裝置和激光接收裝置兩大部分組成，由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析并得到霧場(chǎng)的粒徑分布情況。

圖4 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)壓力選定為2、4、6、8 MPa，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可知，綜放工作面的風(fēng)速一般為1.14 m/s左右[7-8]，調(diào)節(jié)無(wú)極變頻器改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使封閉式實(shí)驗(yàn)箱模型內(nèi)平穩(wěn)段風(fēng)速與之吻合。采取固定Winner 312測(cè)試系統(tǒng)改變噴嘴位置的方法測(cè)定噴嘴所成霧化空間在不同位置處的霧滴粒徑分布情況，具體噴嘴分布位置如圖5所示，虛線為激光檢測(cè)線，過(guò)檢測(cè)線中點(diǎn)沿封閉式實(shí)驗(yàn)箱入風(fēng)口到出風(fēng)口的方向?yàn)閄方向，過(guò)檢測(cè)線中點(diǎn)豎直向上方向?yàn)閅方向。本文設(shè)計(jì)了7個(gè)不同噴嘴位置對(duì)霧滴粒徑進(jìn)行研究，空間坐標(biāo)分別為(0，50)、(250，650)、(0，650)、(-250，650)、(500，1 250)、(0，1 250)、(-500，1 250)，單位均為mm，用A～G表示。

圖5 噴嘴位置分布

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下：

(1)不同測(cè)點(diǎn)霧滴粒徑實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖6中曲線代表的是噴霧壓力從2 MPa升至8 MPa以后各測(cè)點(diǎn)的霧滴粒徑減小率。

(a)1#噴嘴各測(cè)點(diǎn)D0.5測(cè)定結(jié)果 (b)2#噴嘴各測(cè)點(diǎn)D0.5測(cè)定結(jié)果 (c)3#噴嘴各測(cè)點(diǎn)D0.5測(cè)定結(jié)果

(d)4#噴嘴各測(cè)點(diǎn)D0.5測(cè)定結(jié)果 (e)5#噴嘴各測(cè)點(diǎn)D0.5測(cè)定結(jié)果 (f)6#噴嘴各測(cè)點(diǎn)D0.5測(cè)定結(jié)果圖6 1#～6#噴嘴各測(cè)點(diǎn)霧滴粒徑測(cè)定結(jié)果

在同一壓力時(shí)，沿噴嘴中心線的3個(gè)測(cè)點(diǎn)A、C、F的D0.5呈現(xiàn)出如下規(guī)律：AD>B或C>B>D，F(xiàn)>E>G或F>G>E。這說(shuō)明在噴嘴中心線垂直截面上，離噴嘴中心線越遠(yuǎn)霧滴粒徑越小，而截面上以噴嘴中心線對(duì)稱的兩點(diǎn)，其霧滴粒徑大小順序不一定。

隨著噴霧壓力升高，各測(cè)點(diǎn)的D0.5逐漸減小，但不同測(cè)點(diǎn)減小程度不同。當(dāng)噴霧壓力從2 MPa升至8 MPa時(shí)，由圖6中曲線可知，沿噴嘴中心線的3個(gè)測(cè)點(diǎn)A、C、F的D0.5減小率均呈現(xiàn)出如下規(guī)律：AD>B或C>B>D，F(xiàn)>E>G或F>G>E。這說(shuō)明隨著壓力增大，在噴嘴中心線的垂直截面上，離噴嘴中心線越近，霧滴粒徑減小幅度越大，而噴嘴中心線的垂直截面上以噴嘴中心線對(duì)稱的兩點(diǎn)，其霧滴粒徑減小幅度大小不一定。

(2)不同噴嘴霧滴粒徑實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

不同噴嘴在不同壓力時(shí)霧滴粒徑測(cè)量結(jié)果如圖7所示，此時(shí)，D0.5=(D0.5A+D0.5B+D0.5C+D0.5D+D0.5E+D0.5F+D0.5G)/7；D32=(D32A+D32B+D32C+D32D+D32E+D32F+D32G)/7；D43=(D43A+D43B+D43C+D43D+D43E+D43F+D43G)/7。

(a)1#噴嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (b)2#噴嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (c)3#噴嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(d)4#噴嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (e)5#噴嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (f)6#噴嘴實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖7 不同噴嘴在不同壓力時(shí)霧滴粒徑測(cè)量結(jié)果

在同一壓力時(shí)，不同類(lèi)型噴嘴霧滴粒徑大小各不相同，總體而言，漩渦離心混合式噴嘴、切向離心混合式噴嘴和側(cè)向?qū)Я骺纂x心式噴嘴霧滴粒徑較大，含螺旋槽導(dǎo)流芯混合式噴嘴、外螺旋槽式噴嘴和含X形導(dǎo)流芯混合式噴嘴的霧滴粒徑較小，礦井噴霧降塵過(guò)程中應(yīng)根據(jù)不同噴霧點(diǎn)粉塵粒徑分布結(jié)合塵霧耦合規(guī)律選擇合適的噴嘴。

隨著噴霧壓力增加，噴嘴霧滴粒徑逐漸減小且不同類(lèi)型噴嘴減小幅度各不相同，總體表現(xiàn)為:含X形導(dǎo)流芯混合式噴嘴>外螺旋槽式噴嘴>切向離心混合式噴嘴>含螺旋槽導(dǎo)流芯混合式噴嘴>側(cè)向?qū)Я骺纂x心式噴嘴>漩渦離心混合式噴嘴。同一類(lèi)型噴嘴在不同壓力段噴嘴霧滴粒徑減小幅度也不同，總體來(lái)看，從6 MPa增加到8 MPa時(shí)霧滴粒徑減小的幅度最大，從4 MPa增加到6 MPa時(shí)霧滴粒徑減小的幅度次之，從2 MPa增加到4 MPa時(shí)霧滴粒徑減小的幅度最小。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出：采掘工作面外噴霧降塵時(shí)應(yīng)根據(jù)其降塵范圍選擇不同的噴霧壓力。具體為：距滾筒徑向距離0.5 m處，粉塵粒徑最大，為了防止該處粉塵擴(kuò)散，需對(duì)其進(jìn)行大面積覆蓋捕捉，對(duì)噴嘴有效射程要求不高，因此，在距離滾筒0.5 m范圍內(nèi)采煤機(jī)及綜掘機(jī)外噴霧的噴霧壓力應(yīng)選擇2 MPa左右，此時(shí)，噴嘴霧滴粒徑和霧化角均較大且耗水量低，能實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋捕捉大顆粒粉塵，同時(shí)又不會(huì)因?yàn)樗窟^(guò)大污染該區(qū)域的工作環(huán)境。距采煤機(jī)和綜掘機(jī)滾筒徑向距離1.0 m處的粉塵粒徑次之且該地點(diǎn)的粉塵主要靠外噴霧沉降，對(duì)噴嘴有效射程有一定要求，因此，該位置處采煤機(jī)及綜掘機(jī)外噴霧的噴霧壓力應(yīng)選擇4 MPa左右，此時(shí)，與2 MPa相比，噴嘴霧滴粒徑較小，有效射程較大，能實(shí)現(xiàn)對(duì)較小顆粒粉塵的有效沉降。距滾筒徑向距離1.5 m處粉塵粒徑均較小且該地點(diǎn)的粉塵為瞬間高濃度粉塵團(tuán)，需要大流量水霧快速捕捉且該地點(diǎn)的粉塵粒徑距滾筒1.0 m相比更小，對(duì)噴嘴有效射程要求也較高，因此，噴霧應(yīng)選擇8 MPa左右，此時(shí)噴嘴霧滴粒徑較小，適合捕捉小粒徑粉塵，噴嘴流量和有效射程均較大，適合快速捕捉瞬間高濃度粉塵。

5 工程應(yīng)用

5.1 綜放工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在興隆莊煤礦7303綜放工作面進(jìn)行應(yīng)用，該工作面采用MG200/456-AWD雙滾筒采煤機(jī)雙向割煤，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)對(duì)該綜放工作面各生產(chǎn)區(qū)域粉塵粒徑進(jìn)行取樣分析，得到粉塵粒徑大小分布情況，參考國(guó)內(nèi)外研究人員的研究成果(即：霧滴與其最佳捕獲粉塵粒徑之間的關(guān)系為D霧滴≈10D粉塵)[8]對(duì)噴嘴進(jìn)行優(yōu)選，優(yōu)選壓力采用本文得出的最優(yōu)噴霧壓力，具體情況如表2所示。對(duì)以下6種情況粉塵質(zhì)量濃度進(jìn)行了測(cè)定：原始粉塵質(zhì)量濃度；采用原有噴嘴和原定噴霧壓力進(jìn)行噴霧(措施1)；采用優(yōu)選噴嘴和壓力為2 MPa進(jìn)行三級(jí)噴霧(措施2)；采用優(yōu)選噴嘴和壓力為4 MPa進(jìn)行三級(jí)噴霧(措施3)；采用優(yōu)選噴嘴和壓力為8 MPa進(jìn)行三級(jí)噴霧(措施4)；采用優(yōu)選噴嘴和優(yōu)選壓力進(jìn)行三級(jí)噴霧(措施5)。粉塵質(zhì)量濃度測(cè)定地點(diǎn)選擇為采煤機(jī)司機(jī)處(1#)、采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m處(2#)、移架工處(3#)、破碎機(jī)處(4#)、轉(zhuǎn)載機(jī)處(5#)、回風(fēng)巷20 m處(6#)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果如圖8～圖9所示。

表2 7303綜放工作面各測(cè)點(diǎn)粉塵粒徑分布及噴嘴、噴霧壓力優(yōu)選結(jié)果

圖8 各測(cè)點(diǎn)平均總塵質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果

圖9 各測(cè)點(diǎn)平均呼塵質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果

通過(guò)對(duì)比措施1和措施5現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果可知，與采用傳統(tǒng)噴霧降塵技術(shù)相比，1#～6#測(cè)點(diǎn)總塵降塵率分別提高了64.0%、68.2%、69.9%、69.5%、68.9%和70.2%；呼塵降塵率分別提高了63.2%、68.9%、71.4%、70.2%、73.8%和78.4%。由此可見(jiàn)，采用三級(jí)噴霧并對(duì)噴嘴類(lèi)型和噴霧壓力進(jìn)行優(yōu)化后噴霧降塵效果顯著提高。通過(guò)對(duì)比措施2～5現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果可知，三級(jí)噴霧均采用同一壓力時(shí)，降塵效率大小順序?yàn)? MPa>4 MPa>2 MPa，即隨著噴霧壓力的增加噴霧降塵效率也越高。而當(dāng)三級(jí)噴霧的噴霧壓力均采用本文優(yōu)化壓力后1#～6#測(cè)點(diǎn)總塵、呼塵平均降塵率分別達(dá)到了89.5%、86.3%。由此可知，噴霧壓力按范圍不同進(jìn)行優(yōu)化后其降塵效率也有了一定程度的提高。

5.2 綜掘工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在白莊煤礦3904軌道順槽綜掘工作面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該工作面采用EBZ-160TY型綜掘機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)對(duì)該綜放工作面各生產(chǎn)區(qū)域粉塵粒徑進(jìn)行取樣分析，得到粉塵粒徑大小分布情況，參考國(guó)內(nèi)外研究人員的研究成果(即：霧滴與其最佳捕獲粉塵粒徑之間的關(guān)系為D霧滴≈10D粉塵)[8]對(duì)噴嘴進(jìn)行優(yōu)選，優(yōu)選壓力采用本文得出的最優(yōu)噴霧壓力，具體情況如表3所示。對(duì)以下6種情況粉塵質(zhì)量濃度進(jìn)行了測(cè)定：原始粉塵質(zhì)量濃度；采用原有噴嘴和原定噴霧壓力進(jìn)行噴霧(措施1)；采用優(yōu)選噴嘴和壓力為2 MPa進(jìn)行三級(jí)噴霧(措施2)；采用優(yōu)選噴嘴和壓力為4 MPa進(jìn)行三級(jí)噴霧(措施3)；采用優(yōu)選噴嘴和壓力為8 MPa進(jìn)行三級(jí)噴霧(措施4)；采用優(yōu)選噴嘴和優(yōu)選壓力進(jìn)行三級(jí)噴霧(措施5)。測(cè)塵地點(diǎn)選擇為綜掘機(jī)司機(jī)處(1#)、轉(zhuǎn)載機(jī)處(2#)、距迎頭100 m處(3#)、距迎頭200 m處(4#)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果如圖10～圖11所示。

表3 3904綜掘工作面各測(cè)點(diǎn)粉塵粒徑分布及噴嘴、噴霧壓力優(yōu)選結(jié)果

圖10 各測(cè)點(diǎn)總塵質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果

圖11 各測(cè)點(diǎn)呼塵質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果

通過(guò)對(duì)比措施1和措施5現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果可知，與采用傳統(tǒng)噴霧降塵技術(shù)相比，1#～4#測(cè)點(diǎn)總塵降塵率分別提高了68.4%、70.5%、69.7%和67.0%；呼塵降塵率分別提高了69.1%、69.0%、70.6%和68.5%。由此可見(jiàn)，采用三級(jí)噴霧并對(duì)噴嘴類(lèi)型和噴霧壓力進(jìn)行優(yōu)化后噴霧降塵效果顯著提高。通過(guò)對(duì)比措施2～5現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果可知，三級(jí)噴霧均采用同一壓力時(shí)，降塵效率大小順序?yàn)? MPa>4 MPa>2 MPa，即隨著噴霧壓力的增加噴霧降塵效率也越高。而當(dāng)三級(jí)噴霧的噴霧壓力均采用本文優(yōu)化壓力后，1#～4#測(cè)點(diǎn)總塵、呼塵平均降塵率分別達(dá)到了86.2%、83.7%。由此可知，噴霧壓力按范圍不同進(jìn)行優(yōu)化后其降塵效率也有了一定程度的提高。

通過(guò)綜放及綜掘工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可知，對(duì)采掘工作面截割區(qū)域噴霧壓力進(jìn)行分級(jí)優(yōu)化可有效提高噴霧降塵效果，根據(jù)采掘工作面截割區(qū)域粉塵特性選擇合適的噴嘴對(duì)提高噴霧降塵效果也有一定的效果，對(duì)噴霧壓力進(jìn)行分級(jí)優(yōu)化和噴嘴類(lèi)型進(jìn)行優(yōu)選是提高噴霧降塵效率的有效途徑。

6 結(jié)論

(1)在同一壓力時(shí)，不同類(lèi)型噴嘴霧滴粒徑大小各不相同，總體而言，漩渦離心混合式噴嘴、切向離心混合式噴嘴和側(cè)向?qū)Я骺纂x心式噴嘴霧滴粒徑較大，含螺旋槽導(dǎo)流芯混合式噴嘴、外螺旋槽式噴嘴和含X形導(dǎo)流芯混合式噴嘴的霧滴粒徑較小。隨著噴霧壓力增加，噴嘴霧滴粒徑逐漸減小且不同噴嘴減小程度各不相同，總體表現(xiàn)為：含X形導(dǎo)流芯混合式噴嘴>外螺旋槽式噴嘴>切向離心混合式噴嘴>含螺旋槽導(dǎo)流芯混合式噴嘴>側(cè)向?qū)Я骺纂x心式噴嘴>漩渦離心混合式噴嘴。

(2)對(duì)于同一噴嘴而言，隨著噴霧壓力的增加，在噴嘴中心線上離孔口越遠(yuǎn)霧滴粒徑減小幅度越大，在垂直于中心線的橫截面上，離噴嘴中心線越近霧滴粒徑減小幅度越大。從6 MPa增加到8 MPa時(shí)霧滴粒徑減小的幅度最大，從4 MPa增加到6 MPa時(shí)霧滴粒徑減小的幅度次之，從2 MPa增加到4 MPa時(shí)霧滴粒徑減小的幅度最小。

(3)對(duì)于采煤工作面和綜掘工作面，距滾筒0.5 m應(yīng)選擇側(cè)向?qū)Я骺纂x心式噴嘴、霧化壓力2 MPa，此時(shí)噴嘴霧化角大、耗水量小、霧滴粒徑大，能實(shí)現(xiàn)對(duì)大顆粒粉塵的大面積覆蓋捕捉且不會(huì)污染工作環(huán)境。距滾筒1.0 m應(yīng)選擇含X形導(dǎo)流芯混合式噴嘴、霧化壓力4 MPa，與2 MPa相比，噴嘴有效射程較大、霧滴粒徑較小，能實(shí)現(xiàn)對(duì)較小粒徑粉塵的有效沉降。距滾筒1.5 m應(yīng)選擇含螺旋槽導(dǎo)流芯混合式噴嘴、霧化壓力8 MPa，此時(shí)噴嘴霧化角小、耗水量大、霧滴粒徑小，能實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬間高濃度小粒徑粉塵的快速捕捉。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用得出，對(duì)礦井不同噴霧點(diǎn)的噴霧壓力進(jìn)行優(yōu)化后可有效提高噴霧降塵效果，根據(jù)礦井截割區(qū)域不同位置粉塵特性選擇合適的噴嘴對(duì)提高噴霧降塵率也具有一定的效果，在對(duì)噴霧壓力和噴嘴類(lèi)型進(jìn)行優(yōu)化后，總塵和呼塵的降塵率均可達(dá)到70%以上。