风水联动喷雾降尘装置的研制及应用 精品

收稿日期:2022 10 28作者简介:彭建辉(1988-),男,河北邢台人,工程师,从事瓦斯抽采技术与管理工作㊂doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.09.026气水喷雾自动降尘装置的研发与应用彭建辉(晋能控股煤业集团三元煤业,山西长治㊀046000)摘㊀要:煤矿粉尘防治一直是煤矿一通三防研究中的重中之重㊂为了降低工作面粉尘浓度,保障从业人员职业安全健康,设计研制出一种气水喷雾自动降尘装置,主要包括装置的内部结构设计㊁外部连接及系统整体设计㊂设计的气水喷雾装置内部结构整体呈 H 型构造,加深了喷雾距离,加大了水雾覆盖面,确保了喷雾降尘效果㊂最后在山西晋能有限公司三元煤矿4306工作面进行现场试验㊂试验结果表明:粉尘浓度由未使用气水喷雾自动降尘装置前的228mg /m 3在采用气水喷雾自动降尘装置5m 处降低至67mg /m 3,10m 处降低至13mg /m 3,在10m 处降尘率达到最高㊂气水喷雾自动降尘装置的使用使采煤工作面及掘进工作面的降尘率达95%,取得了良好的粉尘治理效果㊂关键词:粉尘;气水喷雾;自动降尘;降尘率中图分类号:TD714.4㊀㊀㊀文献标识码:B㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2023)09 0092 03㊀㊀在煤矿生产掘进过程中,采㊁掘㊁运各个工序都会产生大量粉尘[1-3]㊂随着采煤工作面推进速度的加快,在增加煤炭产量的同时加剧了矿井粉尘浓度高的问题,严重影响煤矿作业人员的生命安全㊂煤矿粉尘危害主要有两方面:一是对人体的危害,如果人的肺部长期吸入大量的粉尘,极其容易患尘肺病,尘肺病是目前危害较大的一种矿工职业病[4-5];二是煤尘爆炸危害,煤尘爆炸是煤矿的重大灾害之一,它严重威胁着矿井安全,尤其是半煤岩巷道和高突矿井,问题更加突出[6-8]㊂长期以来,井下矿尘一直威胁着煤矿的安全和煤矿职工的身体健康[9-10],传统的喷雾是通过水压提供动力的,其喷雾距离短,喷雾覆盖面积小,并且喷雾雾化效果不好,且严重浪费了水资源,如果出现静压水压力不足或者串联现象严重时,喷雾经常出现出水不出雾现象,不能有效地降低空气中的浮尘[11-12]㊂另外,井下喷雾喷头在工作面静压水水质㊁煤岩尘㊁水和风的共同作用下,喷头锈蚀堵塞而不能进行喷雾,在碱性和酸性环境下,喷头腐蚀导致喷雾装置不能很好地雾化,加之井下环境潮湿,严重影响了喷雾降尘效果[13]㊂针对上述问题,从 双碳目标 生命至上㊁人民至上 角度出发,本文设计研制了一套新型喷雾降尘装置,有效降低了作业场所粉尘浓度,保障了安全生产,降低了尘肺病发病率增强煤矿抵御风险的能力,并为煤矿粉尘防治提供一定基础㊂1㊀气水喷雾的研发1.1㊀气水喷雾的捕尘原理气水喷雾降尘装置是一种新型㊁高效㊁低能耗㊁喷雾距离远的自动喷雾降尘装置㊂主要原理是利用专用雾化喷嘴将高速的空气流和高压水进行气水混合雾化形成高压水,高压水将水雾化成微细小滴,形成比传统喷雾更细小的水雾,其喷射于空气中与浮尘碰撞接触,尘粒被水捕捉而附于水滴上或者湿润的尘粒互相凝集成大颗粒,从而加速其沉降,使之尽快变为落尘㊂这种水雾是一种可以漂浮移动的薄雾团,薄雾团在空中的滞留时间比传统的喷雾大大增加,增加水雾的降尘面积,对粉尘具有更好的吸附作用,从而达到最佳的降尘效果㊂另外,影响水滴捕尘效果的主要因素是水滴粒度㊂水滴小,在空气中分布密度就大,与矿尘接触机会就越多,捕尘效果就越好㊂1.2㊀气水喷雾装置内部结构设计设计的气水喷雾装置整体呈 H 型构造,为嘴状喷雾体,如图1所示㊂图1㊀气水喷雾的内部原理图㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷㊀第9期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年9月㊀㊀设备带有连通前后端的进水通道和侧面连通前端的进风通道,喷雾体后端连接进水管,喷雾体前端连接喷雾芯,喷雾芯中部的出水通道与喷雾体的水通道连通,喷雾芯围绕出水通道周圈布有若干出气孔,出气孔与喷雾体的风通道连通,带有前喷口的喷雾头固定在喷雾芯前部,喷雾体侧面连接与喷雾体风通道连通的进风管㊂㊀㊀设计的喷雾嘴较传统喷雾装置增加了喷雾装置出水口的动能,提高了雾化效果;并且喷雾距离远,水雾覆盖面更大,降尘效果好;同时,对水质要求不严,喷头出口不易堵塞;操作简单,移动方便㊂1.3㊀气水喷雾装置外部连接设计气水喷雾装置用于井下各采掘面和转载点处,设备在井下连接效果如图2所示,左侧显示为气水喷雾杆,右侧显示为进风与进气装置的连接示意㊂气水喷雾降尘装置由进气口㊁进水口㊁压风管㊁静压水管㊁气水雾化喷嘴㊁压风管三通㊁压风管弯头㊁静压水管弯头㊁静压水管三通㊁调节阀㊁分风器㊁气水喷雾杆等组成;进气口通过压风管㊁分风器㊁压风管弯头和压风管三通与气水雾化喷嘴的进气端口侧相连;而进水口通过静压水管㊁静压水管弯头和静压水管三通共同与气水雾化喷嘴的进水端口侧相连,并且与气水雾化喷嘴形成并联;压缩空气先由压风管输入,经气水雾化喷嘴喷出,同时静压水由进水管输入,经喷嘴口喷出,通过进水口与进气口的调节阀调节气水比,以气雾方式喷出㊂本装置具有耗水量小,雾化效果好,装置拆卸方便,降尘效率高等特点㊂图2㊀气水喷雾的整体连接效果图1.4㊀气水喷雾系统的设计气水喷雾在井下投入使用后,需人工操作才能开启喷雾㊂为了使气水喷雾能自动操作,对气水喷雾进行自动降尘,将气水喷雾与大溜机头联动,实现大溜开则喷雾开的效果的同时加装红外感应,实现 人过 停喷, 人走 即开的最终效果㊂该系统分为两部分:一部分为井下粉尘监测设备㊁喷雾装置㊁控制设备㊁传输线路等;另一部分为地面设备及监测软件,包括数据采集接口㊁数据服务器㊁后备电源㊁管理工作站㊁监测监控软件等㊂该系统整体组成示意图如图3所示㊂图3㊀气水喷雾整体系统图㊀㊀图3显示的一套气水喷雾装置的主要关联设备为主控箱1台㊁电动球阀2台,根据适用场所不同配置相应的传感器,传感器负责采集大溜开机信号,其主要工作原理为当传感器探测到控制信号时,信号送入主控箱,主控箱先后控制高压风阀㊁高压水阀开启,将高压风㊁高压水输送到风水喷头进行喷雾降尘(风水喷头可对风水压力大小进行调整),喷雾工作至延时时间(延时可调)停止喷雾降尘;同时在巷道前后设置红外线传感器,当采集到 人过 信号时,即停止喷雾,当 人过 后,继续进行工作㊂2㊀现场工业性试验为了验证气水喷雾装置的实用性,选取山西晋能集团有限公司三元煤矿井下采掘工作面进行现场工业性试验㊂2.1㊀煤矿概况介绍三元煤矿隶属山西晋能集团有限公司,核定生产能力更改为2.2ˑ106t/a.井田内可采煤层为3号㊁9号㊁14号㊁15号煤层,现采3号煤层为高瓦斯矿井,煤层厚度为7.18m,开采深度为700~ 1200m.3号煤层吸氧量0.60cm3/g,煤层自燃等级为Ⅲ,属不易自燃煤层㊂煤层煤尘爆炸火焰长度30mm,抑制爆炸岩粉用量65%,煤尘具有爆炸性㊂针对矿井主采煤层煤尘具有爆炸性,煤尘爆炸指数高这一状况,采取了一系列综合防尘措施,但传统的降尘措施和设施都不能取得理想的降尘效果㊂4306回采工作面东为四采区准备巷道,南为实体煤,西为矿井边界,北为4302采空区㊂该工作面有效推进长度为868m,切眼长度为189m.工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为20.19m3/min,风排瓦39第9期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀彭建辉:气水喷雾自动降尘装置的研发与应用㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀斯量为10.19m 3/min,抽采量为10m 3/min,相对瓦斯涌出量为4.72m 3/t.4306工作面采用 U 型通风,运输巷为进风巷㊁回风巷为回风巷㊂现采取的普通喷雾措施效果不理想㊂2.2㊀气水喷雾试验结果分析为了更好地验证气水喷雾装置的使用效果,分别选取三元煤业4306工作面气水喷雾安装后方5m㊁10m 两个检测点,采用CC -20粉尘采样器检测气水喷雾装置打开与闭合情况下的粉尘浓度,结果如图4所示㊂图4㊀气水喷雾装置打开闭合粉尘浓度监测结果㊀㊀由图4可知,在工作面正常回采过程中未打开气水喷雾装置时(即仅使用液压支架架间喷雾及采煤机内外喷雾的前提下),监测的粉尘浓度均为228mg /m 3.而开启气水喷雾后,其粉尘浓度在装置后方5m 处降至67mg /m 3,降尘率达77%,粉尘浓度在装置后方10m 处降至13mg /m 3,降尘率达95%.由气水喷雾后5m㊁10m 的监测结果可知,在气水喷雾装置10m 处的降尘效果最好,达到95%.3㊀结㊀语本文揭示了气水喷雾捕尘原理,并研发了一套气水自动喷雾装置,最后在山西晋能集团有限公司三元煤矿进行现场验证㊂得出了以下结论:1)㊀设计研发了一套气水自动喷雾装置,在喷雾嘴增加喷雾装置出水口的动能,提高了雾化效果,加深了喷雾距离,使水雾覆盖面更大,降尘效果更好㊂2)㊀现场检测了气水喷雾装置打开与闭合状态下不同位置处的粉尘浓度,粉尘浓度由原来在装置5m 处降至67mg /m 3,10m 处降至13mg /m 3,降尘率明显提升㊂3)㊀通过分析装置开启后不同位置处的降尘率,可知在装置10m 处降尘效果最好,降尘率达到95%.参考文献:[1]㊀莫金明,马㊀威.大采高综采工作面负压除尘微雾净化装置应用研究[J].煤炭学报,2023,48(3):1267-1279.[2]㊀周福宝,李建龙,李世航,等.综掘工作面干式过滤除尘技术实验研究及实践[J].煤炭学报,2017,42(3):639-645.[3]㊀陈㊀芳,张设计,马㊀威,等.综掘工作面压风分流控除尘技术研究与应用[J].煤炭学报,2018,43(S2):483-489.[4]㊀张运增,苏志伟.神东矿区综合防尘关键技术及应用[J].煤炭科学技术,2021,49(S2):115-119.[5]㊀聂㊀文,刘阳昊,程卫民,等.综采面架间喷雾引射除尘技术[J].中南大学学报:自然科学版,2015,46(11):4384-4390.[6]㊀关万里,罗㊀望,王㊀钰,等.神东矿区现代化掘进工作面一体化高效除尘技术及装备[J].煤炭科学技术,2022,50(S1):147-151.[7]㊀聂㊀文,刘阳昊,程卫民,等.综采面架间喷雾引射除尘技术[J].中南大学学报:自然科学版,2015,46(11):4384-4390.[8]㊀黄宜生,胡胜勇,邵㊀和,等.综掘工作面分级除尘系统及其应用[J].中国安全科学学报,2019,29(9):150-154.[9]㊀张小涛,曹树刚,李德文.基于附壁射流的控㊁除尘一体化技术研究[J].中国矿业大学学报,2019,48(3):495-502.[10]㊀陈举师,蒋仲安,谭㊀聪.岩巷综掘工作面通风除尘系统的数值模拟[J].哈尔滨工业大学学报,2015,47(2):98-103.[11]㊀陈维民.掘进工作面自激式除尘器除尘机理的研究[J].中国矿业大学学报,1993(3):70-76.[12]㊀荆德吉,贾㊀鑫,张㊀天,等.落煤过程中涡旋吹吸式除尘技术数值模拟及试验[J].中国安全科学学报,2021,31(6):121-127.[13]㊀贾宝山,汪㊀伟,祁㊀云,等.综掘工作面风幕集尘风机除尘系统设计及试验研究[J].煤炭科学技术,2018,46(4):141-145.[本期编辑:王伟瑾]49㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷。

收稿日期：２０１６?０９?２３作者简介：杨斌斌（１９８６－），男，山西洪洞人，助理工程师，从事生产技术工作。

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０１７．０２．０１１风水联动降尘装置在煤矿井下喷浆工作面的应用杨斌斌（潞安环能股份公司王庄煤矿，山西长治　０４６０３１）摘　要：为了解决煤矿井下喷浆作业粉尘浓度超标损害施工人员身体健康的问题，自制了风水联动除尘装置。

采用风动马达作为产生负压通风的动力，操作方便、安全，机动性强，雾化效果明显，有效地降低空气中的粉尘含量，为职工创造了一个良好的工作环境。

关键词：风水联动；降尘；风动马达中图分类号：ＴＤ７１４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０１７）０２?００３３?０２ 巷道锚网喷浆支护因其支护强度大、施工方便成为煤矿井下主要支护方式。

然而喷浆作业因其特殊的工作方式使得施工时巷道空气中的粉尘量大大增加，严重污染井下空气和工作环境，对施工人员危害极大。

即使采用湿式喷浆技术，在喷浆机上料口处，由于上料和筛料产生大量粉尘也一直损害施工人员的身体健康。

基于上述分析，为了解决粉尘问题，自制了风水联动降尘装置，施工时安设在喷浆泵下风流方向，大大减少了巷道内的粉尘量，为职工创造一个良好的工作环境。

１　总体设计思路１．１　主体结构用废旧胶带机尾棍作为除尘装置的主体，在一端安装喇叭状吸尘咀，另一端安装“Ｌ”型出尘咀。

在装置的吸尘咀一侧加装风动马达，马达上安装风叶，在装置的出尘咀一侧安装两道风水联动喷雾。

１．２　动力装置由于采用风动马达及风水联动喷雾装置，井下作业地点的压风和静压水的压力为该装置提供动力，无需用电，这样更加安全。

１．３　工作原理通过压风装置向风动马达提供动力风，使之带动风叶旋转，在吸尘口处形成负压风，将巷道内的粉尘吸入装置内部，然后通过两道风水联动喷雾进行加湿，经加湿的粉尘在“Ｌ”型出尘咀上反弹后经除尘咀排出，如图１。

２　现场应用２．１　采　样在井下喷浆工作面安装风水联动降尘装置进行降尘效果试验，巷道掘进断面为１６ｍ２，风量为１２００ｍ３／ｍｉｎ，使用一台ＨＰＨ－６型喷浆机施工，喷浆作业中使用ＡＫＦＣ－９２Ａ型粉尘采样器采样，在开启降尘装置和不开启降尘装置以及降尘装置吸尘口与喷浆机上料口距离分别为０．８ｍ、１ｍ、１．５ｍ、２ｍ、２．５ｍ时分别进行粉尘采样，每次采一个样，共采１０个样，用重量法进行粉尘浓度测定。

风水联动放炮喷雾除尘技术张金振，任智德，刘忠云（山东东山王楼煤矿有限责任公司，山东济宁272063）摘要风水联动放炮喷雾技术，利用井下压风风压和一定的水压有机结合，产生均匀厚层雾状水幕，覆盖面积大、持续时间长、除尘效果好。

关键词风水联动喷雾除尘中图分类号TD714+．41文献标识码Bdoi ：10．3969/j．issn．1005－2801．2012．06．124Abstract Wind －water linkage shooting spray technology ，using wind pressure and some degree of hydraulic pressure ，generating uniformly thick layer of fog water curtain ，which has a large coverage ，sustains a long time ，and has a good effect of dusting 。

Key wordswind －water linkagespraydust removal*收稿日期：2012－05－02作者简介：张金振（1985－），男，山东济宁人，山东科技大学安全工程专业毕业．学士学位，现任王楼煤矿通防科技术员，助理工程师。

王楼煤矿主采煤层3上、12下，煤层平均厚度3．53m ，现采3上煤层，开采深度700 1200m 。

经鉴定各煤层煤尘具有爆炸性，其爆炸指数分别为：3上煤层38．08%，12下煤层43．93%。

针对矿井主采煤层煤尘具有爆炸性，煤尘爆炸指数高这一状况，采取了一系列综合防尘措施，但传统的降尘措施和降尘设施都不能取得理想的降尘效果。

自2011年9月份，该矿探索了新的降尘工艺和方法，在井下炮掘工作面推广应用了风水联动放炮喷雾除尘技术，取得了良好的效果。

1风水联动放炮喷雾工作原理风水联动放炮喷雾控制装置由4个重要部分组成，即冲击波板连接的凸轮式开关控制机构、全可视状态操作口、全气控逻辑延时装置和配套双流体雾化喷头。

d o i : 10． 3969 / j ． i ss n ． 1005 － 2798． 2013． 02． 020风水联动喷雾降尘装置的研制及应用安保山( 潞安环能股份公司 漳村煤矿，山西 长治 046032)摘 要: 文章介绍了风水联动喷雾降尘装置的工作原理、设计制作以及工作面的布置，在炮掘工作面应用 中，取得显著的效果，具有推广应用价值。

关键词: 风水联动; 净化水幕; 放炮喷雾 中图分类号: TD421文献标识码: B文章编号: 1005-2798( 2013) 02-0052-02炮掘工作面放炮时会产生大量的煤尘、岩尘以 及炮烟，这些有害物质危害井下职工的健康，同时煤 岩尘堆积也容易造成瓦斯爆炸事故，而且炮烟中含 有大量的 CO ，容易引起作业人员 CO 中毒。

因此常 使用喷雾降尘装置来降低 CO 的含量是十分必要 的。

炮掘工作面常用的喷雾降尘装置分为放炮喷雾 和净化水幕，传统的喷雾降尘装置在现场使用过程 中存在许多问题，具体表现为: 为第二动力源，这样水借助风的压力形成一个能覆 盖整个巷道断面的喷雾团，直接对放炮产生的煤岩 尘和炮烟产生作用，达到降尘消烟的效果。

喷雾射 程的远近可以通过水压和风压来调节，从而达到最 好的喷雾效果。

1． 2 风水联动放炮喷雾装置的研制取一段 600 mm 长、直 径 为 133 mm 的 钢 管，对 钢管两头进行 封 口，在 钢管纵向面距头 100 mm 和 150 mm 处，分别开 2 个直径大约 25 mm 的口，一个 口用来接风管，一个口用来接水管; 在开口相对应面 和 2 个封口底面朝不同方向密集布置几排直径约为 4 mm 的小眼，制成放炮喷雾装置; 使用时吊挂在距 工作面巷道窝头 3 ～ 5 m 处顶板的正中间，接通风水 管路，在风和 水 的 共 同 作 用 下，此装置开始进行喷 雾，如图 1 所示。

1)传 统的放炮喷雾和净化水幕装 置 是 通 过 水压提供动力的，喷雾距离短，喷雾覆盖面小，而且 喷雾雾化效果不好。