采煤机外喷雾系统的改进设计研究.pdf

2 0 1 4 年 第 1 期 山童媳蕉 斜技 2 7 采煤机外喷雾系统的改进设计研究 李培青 同煤集 团四老 沟矿 ， 山西 大同0 3 7 0 2 8 摘要针对采煤机外喷雾装置雾化质量不好的问题 ， 对其进行 了改进 ， 较好 地降低 了粉尘浓度， 使其性 能得到 了较 大提 高。 关键词采煤机外喷雾降尘 中图分类号T D 7 1 4 4 1 文献标识码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 52 8 0 1 ． 2 0 1 4 ． 0 1 ． 1 3 S t u d y o n I mp r o v e d d e s i g n o f S h e a r e r S p r a y S y s t e m Li P e i - q i n g T o n g m e i G r o u p S i l a o g o u C o a l M i n e s h a n x i d a t o n g 0 3 7 0 2 8 Ab s t r a c t T h e s h e a r e r s p r a y d e v i c e i s n o t g o o d f o r d u s t s p r a y q u a l i t y p r o b l e ms ，i t h a s b e e n i mp r o v e d，e f f e c t i v e l y r e d u c e d u s t c o n c e n t r a t i o n，i t s p e r f o r ma n c e h a s b e e n g r e a t l y i mp r o v e d 。 Ke y wo r d s s h e a r e r s p r a y d e g u s t 1 采煤机尘源分析 在滚筒式采煤机 割煤过程 中， 主导粉尘 飞扬 的采 煤机滚筒的部位就是滚筒与煤壁不接触的部分， 即， 滚 筒暴露在煤壁空间中的部分。粉尘围绕采煤机滚筒飞 扬范围起始于滚筒离开煤壁位置， 沿滚筒旋转方向， 终 止于滚筒截割上煤壁的位置。粉尘围绕采煤机滚筒飞 扬范围由于受上、 下滚筒的位置、 滚筒 自身旋转方向和 综采工作面风流影响， 上滚筒与下滚筒有区别， 顺风流 和逆风流也不尽相 同。对于背旋滚筒 式采煤机而言 ， 粉尘飞扬范围下滚筒比上滚筒大， 顺风流 比逆风 流大 。 采煤机尘源位置示意图 ， 如图 1 。 A、 B为粉 尘围绕采煤机 滚筒飞扬范围 图 1 采煤机 尘源位 置示意 图 当采煤机割煤时 ， 滚筒与煤壁接触部分几乎没 有 间隙 ， 基本不产生 粉尘飞扬 ； 滚筒离 开煤 壁的部 分 收稿 日期2 0 1 31 02 3 作 者简介李培青 1 9 7 5 ． 6一 ， 男， 1 9 9 9年毕 业于山 西矿业 学院 ， 大学本科 学历 ， 高级工程师。现任 同煤集团四老沟矿 副矿 长。 暴露于风流容易到达的空间， 滚筒 自身旋转， 使煤壁 侧风流场发生扰动， 产生涡流区域， 加之滚筒 自身的 抛掷效应使粉尘很容易飞扬到风流 中， 随即顺风流 向下风侧 飘移。 2 采煤机外喷雾现状分析 目前 ， 滚筒式采煤机外喷雾安装位置一般有三 个 部位 采煤 机背部 、 摇 臂 、 截割 电机 固定 框外 侧 ， 如 图 2所示 。 a 一喷雾在摇臂上 ； b 一喷雾在采煤机背部； c 一 喷雾在截 割电机 固定框外侧 I、 Ⅱ、 Ⅲ ～ 喷雾在截割 电机 固定框外侧 固定位置 图 2 采煤机喷 雾安 装位置示意 图 1 喷雾安装在采煤机摇臂上 当采煤机空载 时， 外喷雾效果非常好 ， 摇臂周围的喷雾能够完全覆 盖全滚筒。当采煤机正常割煤时， 喷嘴容易被滚筒 旋出的煤炭覆盖 ， 雾流无法射 出， 无法覆盖尘源， 起 不到降尘作用。当采煤机行进至工作面机头、 机尾 、 挑顶刀或卧底时， 喷嘴容易被损坏， 使得供水压力分 布不均匀， 损坏的喷嘴雾化效果差且起卸压作用， 使 互挺蒺 科技 2 0 1 4 年 第1 期 完好的喷嘴压力低不能雾化或堵塞 ， 喷雾 系统起不 到应有作用 。喷雾安装 在采煤 机摇臂 上的优 点是 喷 雾雾流方向能够随滚筒起落而改变雾流方 向， 其缺 点是喷嘴易损坏和易被煤炭覆盖 。 2 喷雾 安装 在 采煤 机背 部 当采 煤 机摇 臂 与 背部在 同一 个水平 或 高 于背部 时 ， 喷雾 能 够覆 盖滚 筒 的一部分 ， 但滚 筒 的最远 端 和摇 臂 以下 的部 分 根 本无 法覆 盖 ， 此 时只能覆 盖 图 1所示 尘源 A的一部 分且需要有效射程远的喷嘴。当采煤机摇臂低于背 部时， 喷雾几乎罩不到滚筒的尘源， 偶尔喷雾 的外沿 触及尘 源。当采 煤 机顺 风行 进 时 ， 下 滚筒 粉 尘顺 风 飞扬 与雾 流碰 撞捕集 ， 上 滚筒 喷 雾顺 风增 加 了与上 滚筒 粉尘碰撞 的速 度 ， 降 尘效 果要 好 些 。当采煤 机 逆 风行进时 ， 下滚筒粉尘顺 风 飞扬 ， 雾流几 乎无 法捕 集 ， 上滚筒粉尘顺风 飞扬增加 了与雾 流碰撞几 率 ， 结 合图 1 所示尘源位置和粉尘飞扬范围， 此时降尘效 果远不如顺风行进。采煤机背部喷雾最大缺点是喷 雾雾流方向不能随摇臂起落改变雾流方向， 且易被 片帮煤掩埋 ， 降尘效果难 以保证。其最大优点是易 采取防碰撞和防掩埋措施 ， 保持喷雾的雾化作用。 3 喷雾 安 装在 截 割 电机 固定框 外侧 这 种 固 定方式避免了上述两种安装方式的缺点， 但多数安 装在截割电机固定框外侧的喷雾 ， 存在三方面的缺 点 ①安装位置偏上 如图 2中 I的位置 与安装背 部情况类 似 ， 也就存 在滚筒 下半部无 法覆 盖的 缺点 ； ②安装位置靠近摇臂 如 图2中 Ⅱ的位置 ， 受摇臂 的阻挡影 响较 大 。控 制 滚筒 上部 的喷 嘴 ， 雾 流射 出 即大部分被摇臂阻挡不能覆盖滚筒上部。控制滚筒 远端的喷嘴， 雾流近似于平行摇臂射出， 一部分雾流 喷射到摇臂上， 剩下的雾流部分代雾滴速度降为零， 仍然不能到达煤壁尘且覆盖滚筒远端； ③安装在截 割电机固定框外侧喷雾 的喷头均属于同一型号 ， 其 覆盖范围的横断面近似圆形， 然而采煤机粉尘飞扬 范围的横断面为不规则 的椭圆形， 有远点和近点之 分， 喷头有效射程控制远点， 近点粉尘控制效果差 ， 相反 ， 则远点效果差 。 3 存在的问题 采煤机作业时 ， 影 响除尘效 果 的因素包 括 喷雾 嘴射流的掺气量、 喷嘴的形式和安装位置、 喷嘴处水 压等。使用中喷雾嘴存在的问题主要表现为 1 外喷雾供水由截割电机冷却水提供。受截 割 电机水套设计耐压 限制 ， 外 喷雾供水压 力 1 MP a ， 流量 2 5 I Mm i n ， 能力不足 。 2 喷雾架上端的喷嘴安装角度不理想 ， 使所喷 水 雾 4 0 ％左右打在 截 割头 上 ， 没 有直 接作 用 于喷雾 对 象。 3 喷雾架外型突兀、 单薄 ， 自身保护能力低 ， 易 被大块煤岩砸坏。许多煤矿用户在整机到矿后， 即 用 本矿粗大的 自制喷雾架替代 。 4 各管接头采用卡套式形式， 安装 、 维修 、 更换 不便 。 5 喷雾嘴射流掺气量不高， 造成除尘效果不 明显 。 4采煤机外喷雾改进设计 1 外喷雾供水设计为 2路 一路低压水， 供截 割电机冷却后 ， 再将冷却水完全供给喷雾架上端的 3 个喷嘴 ， 使通过该 3个喷嘴的流量增加； 另一路高压 供水 ， 供给左 、 右喷嘴座的 6个喷嘴， 该路高压水可 用地面水或由加压泵提供， 水压可达 2～ 3 M P a ， 流量 也大 大增加 。 2 喷嘴采用 采煤机 大量使用 的 P A A一 2 ／ 6 0引 射喷嘴， 中心孔径由 1 m m扩大到 2 m m， 增加了流量。 引射 喷嘴的工作 原理 及 优点 从 喷 嘴 中心孔 喷 出 的 高速水流， 把喷嘴周围的空气经引风孔吸入喷嘴 ， 汽 水} 昆 合的结果使雾化效果得到改善 ， 同时也可从空 气中捕集粉尘， 因而除尘效果大为提高。 3 喷雾架上端的 3 个喷嘴的安装角度 向上抬 5 。 ， 使大部分喷雾避开截割头而直接作用于截割对象上。 4 喷雾架外型设计时， 将两端设计为 圆弧过 度 ， 增加盖板厚 度 板厚 由 1 6 m m增 加 到 2 5 m m ， 大 大提高 了其 自身保护能力 。 5 各管接头采用快速接 头形式 ， 方便 了井 下 的 维修 、 更换 。 改进后 的结构 如图 3所示 。 高 压供 永 载 割串机冷却供 水 供水 喷雾 1 ． 截止闯 ； 2 ． 减压 阀； 3 ． 安全阀 ； 4 ． 油箱散热器 ； 5 截割电机 ； 6． 喷 雾架 图 3 改进后 的喷 雾嘴 系统图 下转 第 3 0页 3 0 互媸蒺 科技 2 0 1 4 年 第 1 期 不是太大 ， 导硐施工完后 ， 切眼高度仍然满足措施 要求。根据矿压观测 ， 预计 切眼刷扩结束 切 眼高 度仍能满足措施要求 。施工方 法 切 眼采用导硐 法施工 ， 首次掘进宽度 5 ． 0 m、 高 3 ． 4 m， 净断 面积 1 7 m ； 采 用综 掘 机 施 工 ， 综 掘 机 、 链 板 机 和 皮 带 机 联 合 出货 。切 眼拨 门施 工 1 5 m 时 铺 设 一 部 S G B ／ 4 2 0 ／ 4 0 Z链 板机 出货 ， 施 工 至 6 0 m处 时 铺 设 一 部 S S J 8 0 0 4 0皮 带 机 出货 。切 眼刷 扩 宽度 2 ． 8 m， 刷 扩后切眼最终宽度 7 ． 8 m， 刷扩高度 3 ． 4 m； 切眼导 硐 施工 到位 后 2 0 m左右 切 眼断 面刷 扩 到 7 ． 8 m， 综 掘机调头 ， 皮带机机尾 固定 ， 机尾缓 冲架跟综掘机 二 运 向运顺 方 向移 动 刷 扩 施 工 ， 刷 扩 距 运 顺 3 0 m 时 ， 挪 移 皮 带 机 ， 重 新 安 装 链 板 机 利 用 链 板 机 出 货 。使用设备见表 2 。 表 2 第二种 方法使用设备 设备名称 型号 数量 用途 综掘机 E B Z 1 6 0 1 割煤 帮部风钻 MQ B一3 5 1 4 打 帮部锚杆 锚杆机 UQ T一8 5和 MQ T一1 2 0 5 打顶 部锚杆及锚索 皮带机 S S J 8 0 o一4 02 2 出煤 刮板机 4 0 T l 出货 1 ． 3 方法 3 一综掘机施 工导硐 ， 一综掘机切 眼 刷 扩 1 1 1 6 1 工 作 面 轨 道 顺 槽 施 工 到 切 眼 后 ， 运 顺 距 切 眼还 有 2 0 0多 米 ， 根 据 工 期 安 排 轨 顺 施 工 队伍 施 工 切 眼 导 硐 ， 轨 顺 队伍 进 行 切 眼 刷 扩。 1 1 1 6 1 工 作 面切 眼 全 长 2 4 6 m， 切 眼 位 于 沿 空 巷 道 中 ， 巷道 压 力很 大 ， 根 据 矿 压 观 测 预 计 ， 导硐 施 工完 ， 切 眼刷扩 结 束后 ， 切 眼 高度 很 难 满 足措 施 要 求 。切 眼刷 扩 可 以采 用 另 一 巷 道 综 掘 机 掘 进 1 2 ～ 1 7 m 先 人 工 出 货 ， 再 重 新 铺 设 一 部S G B ／ 4 2 0 ／ 4 0 Z 链 板 机 出货施 2 12 5 0～6 0 m， 最 后 重新 安 装 S S J 8 0 04 0 X 2皮 带 机 出货 。综 掘 机 刷 扩 的 同 时 对切眼进行卧底 ， 确保切 眼高度验收符合措施 要 求 。施工运输设备见表 3 。 表 3 第 三种 方法施工运输设备 设备名称 型号 数量 用途 综 掘机 E B Z 1 6 0 2 割煤 帮部 风钻 MQ B一 3 5 1 4 打帮部锚杆 锚杆机 MQ T一8 5和 MQ T一1 2 0 5 打顶部锚杆及锚索 皮带机 S S J 8 0 04 02 4 出煤 r 刮板机 4 0 T 2 出货 2 三种方法存在问题及经济技术对 比 1 前 两种 方 法 ， 切 眼施 工 均 由同一 个 队伍 完 成 ， 施工过程 中涉及 退综掘 机 ， 综掘 机掉 头等复杂 工 序 ， 施工的工期较长。第三种方法 ， 一个队伍施工切 眼导硐 ， 一个 队伍刷扩切眼， 施工 工序简单且工期 较短 。 2 前 两 种方 法 ， 切 眼 施 工均 由 同一 个 队伍 完 成 ， 使用一套施工和出货设备。第三种法 ， 切眼导硐 和切眼刷扩由两个队伍完成 ， 要 比前面两种方法多 一 台综掘 机 、 一套皮带机和刮板机 。 3 第一 、 三种方法均适 用切 眼压 力大且 底鼓 快 的切眼刷扩 ， 第二种方 法只适用 切 眼压力下 ， 底鼓 量 小 的巷道 。 4 第三种方法在工期要求紧的情况下， 存在一 定 的局 限性 。只有在 工作面 两个顺槽 掘进 距切 眼 的 距离相差不大的情况下才适用。 3 结 论 通过对综采 工作 面 不 同地 质条 件下 ， 采 取 不 同 的切眼刷扩方 式 的分 析讨论 ， 便 于今 后 切 眼施 工方 案的科学合理 地选 择 ， 对矿 井 的安 全生 产 和效 率 的 提高有重要 的意义 。 上接第2 8页 5 结 论 通过改造， 有效增强了机组外喷雾的效果 ， 大大 降低作业时所产生的粉尘浓度 ， 从源头上控制了粉 尘的蔓延， 有效保证工作人员的身体健康， 促进了安 全生产 ， 具有 良好的社会效益和经济效益 。 【 参考文献】 [ 1 ] 王会琼． 煤矿粉尘与现有除尘技术及优化[ J ] ． 中国 科技信 息， 2 0 1 0 2 4 ． [ 2 ] 李高峰． 综采工作面高效喷雾降尘技术研究[ D] ． 西 安科技大学， 2 0 1 0 ． [ 3 ] 梁彤． 综采工作面喷雾降尘技术研究[ D] ． 太原理工 大学 ， 2 0 0 3 ． [ 4 ] 李德文． 煤矿粉尘防治新技术及发展方向[ c] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 7 ．