宋 凱

（沁和能源集團有限公司永紅煤礦， 山西 晉城 048205）

1 工程概況

沁和能源集團有限公司永紅煤礦位于山西省沁水縣嘉峰鎮(zhèn)嘉峰村，井田面積9.342 2 km2，保有儲量7 875.8 萬t，批準開采3～15 號煤層，地質類型簡單，全區(qū)穩(wěn)定可采，年生產能力120 萬t。

永紅煤礦3401 工作面位于五采區(qū)北翼東部，工作面走向長915.5 m，傾斜長120～180 m，采高2.8 m。3401 工作面主要開采3 號煤層，煤層厚度為2.57～5.34 m，平均厚度為3.98 m，煤層傾角為0°～5°，平均傾角為2°，硬度為0.6，容重1.39 t/m3。工作面?zhèn)雾敒榛疑凵百|泥巖、泥巖，含植物葉片化石和菱鐵礦結核；老頂為深灰色砂質泥巖，呈塊狀，底部為條帶狀，含少量白云母及大量植物根莖化石；直接底為鋁質泥巖，易風化、軟化及裂隙化[1]。

3401 工作面采用MG300/73-WD 型采煤機落煤裝煤、SGZ764/400 型前部刮板運輸機和SGZ800/630后部刮板運輸機運煤，ZF7200/20/32 型低位放頂煤支架進行工作面支護和放煤，工作面平均煤厚10.2 m，采高3.0 m，平均放煤高度7.2 m，采放比1∶2.4。循環(huán)進度為0.6 m，采用一刀一放的放煤方式，放煤步距為0.6 m，采用自然垮落法管理采空區(qū)頂板[2]。

MG300/73-WD 型采煤機截割部采用噴霧降塵裝置進行降塵作業(yè)，從實踐應用結果可知該噴霧裝置效果不佳，采煤機截割作業(yè)過程中粉塵濃度仍然非常大，嚴重危害到作業(yè)工人的身體健康，有必要對該采煤機噴霧降塵裝置進行優(yōu)化改進研究。

2 采煤機降塵裝置的現(xiàn)狀分析

永紅煤礦3401 工作面采煤機原噴霧降塵裝置如圖1 所示。采煤機噴霧降塵總供水由一路Φ25 mm 的鋼絲編織高壓膠管從運輸巷主干管路供水，接入到采煤機噴霧降塵裝置供水總開關上。

圖1 采煤機原噴霧降塵裝置示意圖

降塵水進入三通后分為兩大部分，一部分經開關閥流入三通，經三通分為兩路，分別進入左右噴水塊；另一部分經比例閥進入水分配閥分為六路水。經水分配閥出來后的六路水分別為：第一路水經Φ19 mm 的鋼絲編織高壓膠管進入左搖臂機殼冷卻，然后進入左滾筒內噴霧；第二路水經Φ19 mm 的鋼絲編織高壓膠管進入右搖臂機殼冷卻，然后進入右滾筒內噴霧；第三路水經Φ13 mm 的鋼絲編織高壓膠管進入調高泵箱冷卻器，然后進入左、右牽引電機相繼冷卻，經自制噴頭泄出；第四路水經Φ13 mm 的鋼絲編織高壓膠管進入右切割電機冷卻，然后進入右搖臂外噴霧噴頭；第五路水經Φ13 mm 的鋼絲編織高壓膠管相繼進入泵電機、左切割電機冷卻，然后進入左搖臂外噴霧噴頭；第六路水經Φ13 mm 的鋼絲編織高壓膠管相繼進入變頻器、變壓器、流量傳感器后，經自制噴頭泄出[3]。

實踐應用過程發(fā)現(xiàn)該采煤機噴霧降塵裝置的內噴霧系統(tǒng)無法正常工作，在采煤機截割作業(yè)時僅僅依靠外噴霧系統(tǒng)進行降塵作業(yè)，同時發(fā)現(xiàn)降塵壓力過低、自制噴頭霧化效果差，基于以上原因采煤機作業(yè)區(qū)域內的噴霧降塵效果不佳，有必要對采煤機原噴霧降塵裝置進行優(yōu)化改進研究。

3 采煤機噴霧降塵裝置優(yōu)化改進思路分析

經檢查，該采煤機噴霧降塵裝置的內噴霧系統(tǒng)無法正常工作的原因為內噴霧系統(tǒng)存在水密封難題，系統(tǒng)水密封損壞后導致內噴霧水發(fā)生泄露，流入至搖臂內部減速箱體內，水油混合物導致減速箱齒輪軸承無法實現(xiàn)有效潤滑，變速箱打滑頓挫，導致齒輪軸承出現(xiàn)損壞影響采煤機正常作業(yè)。

采煤機噴霧降塵裝置內噴霧系統(tǒng)的水密封問題當前是一項難題，還沒有有效的措施可以完全解決。本次優(yōu)化改進采用提高采煤機噴霧降塵裝置外噴霧壓力大于8 MPa 的方案，在無法對內噴霧系統(tǒng)進行有效改進的情況下，又能有效降低采煤機截割作業(yè)時所產生的粉塵濃度。

4 采煤機噴霧降塵裝置優(yōu)化改進方案及實施

4.1 采煤機噴霧降塵裝置優(yōu)化改進方案

優(yōu)化改進后采煤機噴霧降塵裝置如圖2 所示，在3401 運輸巷安裝兩臺BPW315/16 型高壓噴霧泵站，向采煤機噴霧降塵裝置提供大于8 MPa 的高壓水源。大于8 MPa 的高壓水經Φ32 mm 專用管道到達采煤機噴霧降塵裝置供水總開關后，通過三通分兩大水路。一大水路通過減壓閥將大于8 MPa 的高壓水進行降壓處理，然后進入采煤機左右牽引電機、左右切割電機、泵電機、變壓器、變頻器內部冷卻系統(tǒng)，對其實施冷卻降溫處理；另一大水路進入采煤機左切割臂及滾筒噴霧系統(tǒng)、采煤機中段噴霧系統(tǒng)、采煤機右切割臂及滾筒噴霧系統(tǒng)，實施噴霧降塵作業(yè)。

圖2 優(yōu)化改進后采煤機噴霧降塵裝置示意圖

4.2 關鍵參數(shù)確定

在提高采煤機噴霧降塵裝置外噴霧壓力至8 MPa條件下，必須設計好噴霧水量、噴射角度關鍵參數(shù)，實現(xiàn)對噴霧降塵區(qū)域的覆蓋范圍控制，實現(xiàn)最佳降塵效果。

根據該采煤機噴霧降塵裝置的現(xiàn)場安裝工況，外噴霧系統(tǒng)共設12 個高壓噴嘴。采煤機左切割臂及滾筒噴霧系統(tǒng)設3 個噴嘴，水量15 L/min；采煤機中段噴霧系統(tǒng)設置6 個高壓噴嘴，水量10 L/min；采煤機右切割臂及滾筒噴霧系統(tǒng)設3 個噴嘴，水量為15L/min。此時，外噴霧系統(tǒng)所需最大水量為150 L/mim。

對于采煤機各電機、變壓器、變頻器內部冷卻系統(tǒng)一共設置4 個噴嘴，每個噴頭在2 MPa 水壓力下流量約6.6 L/min。此時，內部冷卻系統(tǒng)則所需最大水量為26.4 L/mim。

經計算，優(yōu)化改進后采煤機噴霧降塵裝置中外噴霧系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)所需最大總水量為176.4 L/min。BPW315/16 型高壓噴霧泵站公稱流量為315 L/min，公稱壓力為16 MPa，選型符合要求。

4.3 實施工藝

高壓噴嘴噴霧作業(yè)，進一步控制含塵氣流繼續(xù)沿煤壁側流動，在這一過程中還能夠對粉塵進行濕潤作業(yè)，降低采煤機從左滾筒至右滾筒段粉塵濃度。在采煤機截割作業(yè)現(xiàn)場，可這一過程中還能夠對煤壁進行濕潤，組織吸附于煤壁上的粉塵重新飛揚。為實現(xiàn)上述的引射分流及抑制含塵氣流并凈化的作用，在采煤機左切割臂及滾筒噴霧系統(tǒng)、采煤機中段噴霧系統(tǒng)、采煤機右切割臂及滾筒噴霧系統(tǒng)分別設3、6、3 個噴嘴，依靠這12 個高壓噴嘴可以實現(xiàn)對作業(yè)區(qū)域全覆蓋地噴射潤濕降塵。

兩臺BPW315/16 型高壓噴霧泵站安裝在3401運輸巷，采用Φ32 mm 專用管道將高壓水輸送至工作面采煤機噴霧降塵裝置供水總開關。高壓水經三通及水分配閥進入到各管路，具體情況如圖2 所示。

5 效果分析

永紅煤礦3401 工作面采煤機原噴霧降塵裝置進行優(yōu)化改進后，于2022 年2 月投入實踐應用當中。采煤機噴霧降塵裝置優(yōu)化改進前后粉塵濃度檢測對比情況如表1 所示。

表1 采煤機噴霧降塵裝置優(yōu)化改進前后粉塵濃度檢測對比情況

從表1 數(shù)據可知，對比優(yōu)化改進前，采煤機噴霧降塵裝置優(yōu)化改進后各測點位置的呼塵濃度降低比例達到68%～72%之間，全塵濃度降低比例達到69%～73%之間，粉塵治理效果理想，實現(xiàn)了預期目標。