劉偉杰

（山西宏宇誠(chéng)鑄建設(shè)工程有限公司， 山西 懷仁 038300）

0 引言

掘進(jìn)機(jī)是煤礦井下巷道掘進(jìn)的核心設(shè)備，在掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，不僅影響綜采面的視線，而且還會(huì)給作業(yè)人員的身體健康帶來(lái)較大的威脅[1]。目前在掘進(jìn)機(jī)上通常會(huì)設(shè)置外噴霧降塵裝置，通過(guò)高壓噴霧的方式對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行沉降，控制掘進(jìn)面上的粉塵濃度，提高井下巷道掘進(jìn)安全性。但目前降塵系統(tǒng)工作時(shí)的噴霧壓力等均是靠人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，導(dǎo)致實(shí)際工作時(shí)噴水量大，降塵率卻不足50%，掘進(jìn)機(jī)不得不采用降低掘進(jìn)速度的方式進(jìn)行作業(yè)，嚴(yán)重影響了井下巷道掘進(jìn)的效率。

1 試驗(yàn)方案分析

以EBZ160 型掘進(jìn)機(jī)外噴霧降塵裝置為基礎(chǔ)，其噴嘴為單孔壓力型實(shí)心圓錐形結(jié)構(gòu)，噴嘴直徑為2 mm，為了對(duì)不同工況下的噴霧降塵效果進(jìn)行研究，建立了一個(gè)可調(diào)式的噴霧降塵試驗(yàn)臺(tái)，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

圖1 噴霧降塵裝置模擬試驗(yàn)臺(tái)

在進(jìn)行模擬分析時(shí)，通過(guò)改變噴水壓力來(lái)觀測(cè)噴嘴處的噴霧形狀變化，再結(jié)合粉塵采樣儀等即可確定在不同噴霧參數(shù)下的噴霧降塵效果[3]。

為了保證驗(yàn)證的全面性和準(zhǔn)確性，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)將其分為兩組，第一組用于研究不同噴霧壓力下噴嘴的霧化特性，第二組則用于研究不同工況下對(duì)全塵和呼吸塵的降塵效果。結(jié)合噴霧降塵裝置的工作特性，實(shí)際設(shè)置了0.5 MPa、1 MPa、1.5 MPa、2 MPa 四種供水壓力進(jìn)行模擬對(duì)比。在進(jìn)行霧化特征研究時(shí)，可以采用YY-LED15K4C 型電磁流量計(jì)和DX-801XB00150型數(shù)字式壓力表對(duì)噴嘴流量和噴霧壓力進(jìn)行研究。

2 噴霧降塵特性研究

當(dāng)改變噴霧降塵的工作壓力后，會(huì)直接影響到噴嘴的流量、噴嘴霧化角及噴霧降塵效果，分別對(duì)其進(jìn)行研究。

2.1 噴霧壓力與噴嘴流量的關(guān)系

不同供水壓力下噴嘴口處的水流量變化曲線如圖2 所示。隨著噴霧壓力地增加，噴嘴處的水流量不斷增多，當(dāng)噴霧壓力超過(guò)1 MPa 時(shí)噴嘴水流量隨噴霧壓力的變化幅度逐步減少，而且在1～1.5 MPa 之間時(shí)的變化量大于1.5～2 MPa 之間的變化量，因此可知，當(dāng)噴霧降塵裝置工作壓力在1～1.5 MPa 時(shí)，具有最佳的壓力- 流量比。

圖2 噴霧壓力與噴嘴流量關(guān)系曲線

2.2 噴霧壓力和噴嘴霧化角關(guān)系

霧化角是指液體從噴嘴處噴出后形成的一個(gè)圓錐狀的霧場(chǎng)，是評(píng)價(jià)液體霧化質(zhì)量的一個(gè)核心指標(biāo)，霧化角越大說(shuō)明液體的霧化越徹底，霧滴直徑越小。對(duì)霧化角的分析，采用了高速攝像儀按1 s 的時(shí)間間隔對(duì)其進(jìn)行拍照，然后再利用圖像數(shù)據(jù)分析處理軟件確定其霧化角，攝像機(jī)拍照時(shí)鏡頭需要和霧化噴嘴噴出方向垂直，保證測(cè)角的準(zhǔn)確性。不同噴霧壓力下的霧化角如圖3 所示。

圖3 不同噴霧壓力下的霧化角示意圖

由圖3 可知，隨著供水壓力的增加，噴嘴處的霧化角不斷增大，當(dāng)噴霧壓力從0.5 MPa 增加到1.5 MPa時(shí)，霧化角的變化最為明顯，增加了約4.2°。當(dāng)噴霧壓力從1.5 MPa 增加到2 MPa 時(shí)，霧化角的變化明顯降低，增加了約0.2°，由此可知，當(dāng)噴霧壓力為1～1.5MPa時(shí)具有最佳的霧化角。

2.3 噴嘴降塵效率分析

噴霧壓力不同，會(huì)影響到噴嘴處的流量和噴嘴霧化角，以上兩個(gè)因素將直接影響到掘進(jìn)面粉塵的降塵效果。在掘進(jìn)面上粉塵分為全塵和呼吸塵，其顆粒直徑不同，降塵特性也不一樣。在不同噴霧壓力下全塵和呼吸塵的降塵率如表1 所示。

表1 全塵和呼吸塵的降塵率對(duì)比

由實(shí)際對(duì)比結(jié)果可知，隨著噴霧壓力地增加，對(duì)全塵的降塵效果逐步提高，當(dāng)噴霧壓力從0.5～1.5 MPa時(shí)，降塵率隨噴霧壓力地增加上升較快，當(dāng)噴霧壓力從1.5 MPa 升高到2 MPa 時(shí)，降塵率僅提升了0.63%，但壓力的升高會(huì)導(dǎo)致噴霧降塵系統(tǒng)工作時(shí)的受壓增大，影響其使用壽命。

對(duì)于呼吸塵來(lái)說(shuō)，其降塵效率則是隨著噴霧壓力的增加先增大然后降低，當(dāng)噴霧壓力為1.5 MPa時(shí)呼吸塵的最大降塵率為55.49%，但當(dāng)噴霧壓力增加到2MPa 的情況下，降塵率則下降到了54.82%，這主要是由于噴嘴結(jié)構(gòu)限制了噴霧顆粒直徑的進(jìn)一步降低，進(jìn)而無(wú)法進(jìn)一步加強(qiáng)降塵效果。

綜上分析，當(dāng)噴霧降塵裝置的噴霧壓力設(shè)置為1.5 MPa 時(shí)，具有最佳的噴霧降塵效果，此時(shí)對(duì)全塵的降塵率達(dá)到了67.17%，對(duì)呼吸塵的降塵率達(dá)到了55.49%，此時(shí)噴嘴處的水流量為22.27 L/min，比優(yōu)化前的用水量降低了約11.4%。

3 結(jié)論

1）隨著噴霧壓力的增加，噴嘴處的水流量不斷增多，當(dāng)噴霧降塵裝置工作壓力在1～1.5 MPa 之間時(shí)，具有最佳的壓力- 流量比。

2）隨著供水壓力的增加，噴嘴處的霧化角不斷增大，當(dāng)噴霧壓力為1～1.5 MPa 時(shí)具有最佳的霧化角。

3）當(dāng)噴霧降塵裝置的噴霧壓力設(shè)置為1.5 MPa時(shí)，具有最佳的噴霧降塵效果，此時(shí)對(duì)全塵的降塵率達(dá)到了67.17%，對(duì)呼吸塵的降塵率達(dá)到了55.49%，噴嘴處的水流量比優(yōu)化前的用水量降低了約11.4%。