許秋華 李桂營

（1 福建省永安煤業(yè)有限責(zé)任公司蘇橋煤礦 福建三明 366102 2 福建省能源集團(tuán)有限責(zé)任公司 福建福州 350001）

0 引言

礦井生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生許多無形的有害物，比如礦井粉塵、礦井地?zé)?、有毒有害氣體，而這些有毒有害氣體時(shí)刻威脅著作業(yè)人員的生命健康。現(xiàn)如今，在公園、公交站臺(tái)、電廠、養(yǎng)殖廠等場所，可以經(jīng)?？吹礁邏何㈧F的使用。該噴霧無淋濕感，不但可以去除呼吸性粉塵，還可以降低周邊的溫度。但礦井對(duì)于高壓微霧系統(tǒng)的推廣還不夠普遍，特別是適用于井下的高壓微霧主機(jī)生產(chǎn)廠家還比較少，而對(duì)高壓微霧主機(jī)的改造及應(yīng)用可解決井下高壓微霧應(yīng)用的一大難題。本文主要介紹礦井高壓微霧系統(tǒng)主機(jī)的改造要求、改造原理、注意事項(xiàng)及應(yīng)用實(shí)例。

1 高壓微霧主機(jī)的要求

（1）設(shè)備入井必須符合防爆等級(jí)要求?！睹旱V安全規(guī)程》第四百三十三條、第四百八十二條規(guī)定，總回風(fēng)巷、主要回風(fēng)巷、采區(qū)回風(fēng)巷、采掘工作面和工作面進(jìn)、回風(fēng)巷使用的電氣設(shè)備必須使用礦用防爆型設(shè)備；井下防爆電氣設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)和修理，必須符合防爆性能的各項(xiàng)技術(shù)要求。防爆性能遭受破壞的電氣設(shè)備，必須立即處理或者更換，嚴(yán)禁繼續(xù)使用［1］。因此，井下選用的高壓微霧主機(jī)必須選用礦用防爆型設(shè)備。

（2）多段式霧化噴頭的出水壓力要求。多段式霧化噴頭主要由出水口、銅主體、牙口、過濾網(wǎng)、彈簧、堵板組成，霧化的前水需經(jīng)過濾網(wǎng)過濾，高壓水從堵板經(jīng)彈簧的反壓產(chǎn)生霧化效果。當(dāng)水壓小于彈簧的正常壓力時(shí)，堵板堵住，出現(xiàn)漏水或不出水的情況。根據(jù)多段式霧化噴頭的要求，噴頭的出水壓力大于4.0 MPa。

（3）多段式霧化噴頭的流量及數(shù)量要求。根據(jù)多段式霧化噴頭流量要求：1#、2#、3#、5# 噴頭的流量分別為0.05 L/min、0.09 L/min、0.15 L/min、0.40 L/min。根據(jù)井下作業(yè)場所的需求，需要在進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、工作面等地點(diǎn)安裝高壓微霧噴頭。一個(gè)采區(qū)需要的噴頭大約1# 噴頭100 個(gè)，2# 噴頭80 個(gè)，3# 噴頭50 個(gè)，5# 噴頭30 個(gè)。總計(jì)流量大約為31.7 L/min。

（4）多段式霧化噴頭對(duì)水質(zhì)的要求。因多段式霧化噴頭孔徑較小，最小的1# 噴頭孔徑為0.15 mm，若水質(zhì)所含雜質(zhì)較多，會(huì)使噴頭堵塞，導(dǎo)致噴霧無法正常使用。

故高壓微霧系統(tǒng)主機(jī)部分的要求：必須為礦用防爆型設(shè)備，需要能滿足壓力大于4.0 MPa、總流量大于31.7 L/min 的水源，同時(shí)配置有過濾裝置。

2 高壓微霧主機(jī)的改造

根據(jù)高壓微霧系統(tǒng)主機(jī)的要求，可將BRW40/20 型高壓柱塞泵進(jìn)行改造。該柱塞泵流量為40 L/min，額定壓力為20 MPa，電機(jī)功率為15 kW。同時(shí)還應(yīng)在泵箱上安裝過濾及減壓裝置、自動(dòng)進(jìn)水及水位控制裝置、水壓卸載保護(hù)裝置、水溫循環(huán)低溫裝置、泵體高溫保護(hù)裝置、定時(shí)運(yùn)行控制裝置等（見圖1）。

圖1 高壓微霧系統(tǒng)運(yùn)行示意圖

（1）過濾及減壓裝置。選用66.67 cm 大胖濾瓶，該濾瓶為PP 材質(zhì)，額定壓力為0.4 MP。濾芯選用66.67 cm PP 棉芯濾芯，額定壓力為0.1 MPa～0.4 MPa，該濾芯過濾精度為1 μm，可將1 μm 以上的雜質(zhì)過濾掉。因井下水基本大于0.4 MPa，故在過濾裝置前還應(yīng)加安裝減壓閥，可采用DN25 型減壓閥，把進(jìn)入水箱的壓力控制在0.3 MPa～0.4 MPa 之間。

（2）自動(dòng)進(jìn)水及水位控制裝置。在進(jìn)水管處安裝DN25 浮球閥，該浮球閥是球體無支撐軸，球體被兩閥座夾持其中呈“浮動(dòng)”狀態(tài)，它在管道上主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流動(dòng)方向。具有閥座密封設(shè)計(jì)、可靠的倒密封閥封桿、防火靜電功能、自動(dòng)泄壓和鎖定裝置等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。當(dāng)水位低于相應(yīng)水位時(shí)，浮球下沉，閘閥打開，水箱開始進(jìn)水；當(dāng)水滿時(shí)，浮球上升閘閥關(guān)閉。

（3）水壓卸載保護(hù)裝置。在水箱處安裝卸荷溢流閥，使用WXF5 型。卸荷溢流閥由溢流閥和單向閥組成。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到溢流閥的開啟壓力時(shí)，溢流閥開啟，泵向系統(tǒng)自動(dòng)卸荷；當(dāng)系統(tǒng)壓力降至溢流閥的關(guān)閉壓力時(shí)，溢流閥關(guān)閉，泵向系統(tǒng)自動(dòng)加載。使泵卸荷時(shí)的壓力稱為卸荷壓力，使泵處于加載狀態(tài)的壓力稱為加載壓力。通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水壓（調(diào)節(jié)至5.0 MPa），當(dāng)水壓高于5.0 MPa 時(shí)卸載閥動(dòng)作，起到卸壓保護(hù)管路的作用。

（4）水溫循環(huán)低溫裝置。水箱的水經(jīng)過高壓柱塞泵加壓后由溢流閥控制管路的水量，多余的水回流至水箱內(nèi)。加壓后的水溫度會(huì)上升，當(dāng)回流水過多時(shí)水箱的水溫上升會(huì)達(dá)到40 ℃左右。在水箱內(nèi)安裝GWD70 型礦用溫度傳感器和溫度變送器，當(dāng)水箱內(nèi)水溫高于40 ℃時(shí)溫度變送器常開點(diǎn)動(dòng)作，使安裝在水箱底部的DN32 礦用電磁閥打開，將水引至水溝，同時(shí)進(jìn)水閥打開，將水箱的水換成新進(jìn)的冷水。

（5）泵體高溫保護(hù)裝置。在柱塞泵運(yùn)轉(zhuǎn)處外殼、電機(jī)軸承端安裝GWD70 型礦用溫度傳感器，接到溫度變送器上，溫度變送器輸出接入到起動(dòng)器停止線2#、9# 線上。設(shè)置溫度60 ℃，當(dāng)溫度高于60 ℃時(shí)，溫度變送器常閉點(diǎn)動(dòng)作，起動(dòng)器停止。

（6）定時(shí)運(yùn)行控制裝置。在控制高壓柱塞泵的起動(dòng)器上安裝定時(shí)器及接觸器，用定時(shí)器控制高壓柱塞泵的啟停，在交接班時(shí)主機(jī)停機(jī)。

（7）變徑頭改造應(yīng)用技術(shù)。柱塞泵出水管及主管路用?50高壓膠管，轉(zhuǎn)接頭用KJ16 母頭轉(zhuǎn)外螺紋ZG3/4，再用內(nèi)15 mm直徑管轉(zhuǎn)內(nèi)出水接頭的轉(zhuǎn)接頭連接9.52 mm 高壓尼龍管，將高壓水通過8 mm 直徑的高壓管延伸至幾千米以外的各降溫除塵點(diǎn)。

3 電氣控制原理

改造電氣控制原理：工作時(shí)間定時(shí)器KT 動(dòng)作，主線圈KA1 得電，柱塞泵工作。當(dāng)柱塞泵運(yùn)轉(zhuǎn)處外殼或電機(jī)軸承端溫度超過60 ℃，溫度變送器FR 動(dòng)作，KA1 失電，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)（見圖2）。

圖2 高壓微霧泵箱改造部分電控原理圖

當(dāng)水箱水溫超過40 ℃時(shí)，溫度變送器FR2 動(dòng)作，水箱底部電磁閥線圈KA2 得電，電磁閥打開，并將水箱內(nèi)高溫水替換。當(dāng)水溫降至20 ℃時(shí)，溫度變送器恢復(fù)正常，F(xiàn)R2 失電，線圈KA2 失電，電磁閥關(guān)閉。

4 注意事項(xiàng)

（1）高壓柱塞泵的出水量與噴頭的總用水量的關(guān)系。噴頭的總用水量應(yīng)小于高壓柱塞泵的出水量及水箱進(jìn)水量。否則會(huì)使出水壓力達(dá)不到要求或電機(jī)過載，燒毀電機(jī)。

（2）溢流閥壓力應(yīng)設(shè)置恰當(dāng)。在首次安裝時(shí)應(yīng)調(diào)試好溢流閥壓力，將壓力設(shè)置在4.0 MPa～5.5 MPa 之間，設(shè)置太低霧化效果不好，達(dá)不到去除呼吸性粉塵的效果，設(shè)置太高則高壓尼龍管容易發(fā)生爆管。

（3）起始?jí)毫?yīng)正確設(shè)置。起始?jí)毫?yīng)從低往高設(shè)置，不會(huì)使電機(jī)過載起動(dòng)。

（4）泵箱進(jìn)水水壓應(yīng)合理設(shè)置。泵箱進(jìn)水水壓調(diào)節(jié)閥必須設(shè)置在0.3 MPa～0.4 MPa 之間，設(shè)置太高容易使濾瓶損壞，設(shè)置太低使濾瓶過濾水量供應(yīng)不足。

（5）濾芯更換要求。濾芯需根據(jù)用水的水質(zhì)情況定期更換，確保進(jìn)入泵體的水質(zhì)符合要求，否則將造成大面積噴頭堵塞。

（6）日常巡查工作要求。每班必須有專人對(duì)全線進(jìn)行巡查，發(fā)生泵體漏油、管路漏水等情況應(yīng)及時(shí)處理。

5 應(yīng)用實(shí)例

2019 年9 月，蘇橋煤礦在201 采區(qū)-120 m 區(qū)段安裝1 臺(tái)高壓微霧主機(jī)裝置，將出水壓力調(diào)至5.0 MPa，用定時(shí)器將高壓柱塞泵的運(yùn)行時(shí)間調(diào)至班中運(yùn)行，班末交接班時(shí)停機(jī)，日運(yùn)行18 h。

高壓柱塞泵末端用KJ16 母頭轉(zhuǎn)外螺紋ZG3/4，再用內(nèi)15 mm直徑管轉(zhuǎn)內(nèi)出水接頭的轉(zhuǎn)接頭連接9.52 mm 高壓尼龍管，高壓尼龍管總長1 200 m。

選用四段式2# 噴頭安裝于201 采區(qū)-120 m 采一隊(duì)工作面，該巷道長600 m，共裝3 道全斷面橫拉噴頭組，每個(gè)橫拉噴頭組的噴頭間距20 cm，共21 個(gè)2# 噴霧頭。選用3#噴頭安裝于采面小眼，眼長40 m，安裝2 道橫拉噴頭組共12 個(gè)3#噴頭。選用5#噴頭安裝于采面裝車口，共安裝1 道5 個(gè)5#噴頭。

選用四段式2# 噴頭安裝于201 采區(qū)-160 m 掘二隊(duì)工作面，該巷道長850 m，共裝5 道全斷面橫拉噴頭組，每個(gè)橫拉噴頭組的噴頭間距20 cm，共35 個(gè)2 號(hào)噴霧頭。

運(yùn)行后該工作面噴霧霧化效果好，沒有淋濕感，使用時(shí)不淋濕衣服和溜槽。根據(jù)現(xiàn)場采掘工作面的實(shí)測，應(yīng)用高壓微霧技術(shù)后，采一隊(duì)工作面降溫4 ℃，掘一隊(duì)工作面降溫3 ℃。

6 結(jié)語

高壓微霧主要通過將水加壓，使水的壓力達(dá)到噴頭動(dòng)作的所需壓力來實(shí)現(xiàn)更好的霧化效果。而高壓柱塞泵的電機(jī)功率和流量選擇應(yīng)適合井下所有的噴頭需求，加上現(xiàn)有的設(shè)備，通過改造后使用的節(jié)點(diǎn)和串聯(lián)的控制線較多。若使用PLC 集中控制，將再進(jìn)一步優(yōu)化高壓微霧的技術(shù)改造方案。