综采工作面喷雾降尘装备的优化研究.pdf

引言 为了减少煤矿井下粉尘对工人的危害，通常会 在采煤机滚筒位置安装喷雾降尘装置，降低工作面 的粉尘浓度。一般情况下， 提高工作面的除尘效果， 主要有通风降尘、 喷雾降尘等两个方面[1-2]。 根据煤矿 开采条件， 改变通风方式或风量显然是不可取的， 为 了降低粉尘浓度， 改善工作面环境， 本文对采煤机喷 雾装置进行改进优化研究， 探讨优化后的除尘效果。 1综采工作面粉尘成因及运动规律分析 综采工作面的粉尘主要是来自采煤机的割煤和 支架的拉架与移架。在采煤机割煤过程中， 要想使煤 割下， 截割齿会施加给煤岩体一定的力， 在破煤的整 个过程会有弹性能的积聚与释放， 而在煤炭受到破坏 后部分弹性能被释放， 会产生大量的粉尘。 同时， 也破 坏了煤岩体的原有强度， 进一步加大粉尘的生成。 顺、 逆风流采煤时采煤机割头产生的粉尘和移动 规律各有不同。 顺风流采煤， 前面是低滚筒， 后面是高 滚筒， 低滚筒抛煤扬程相对较近， 则煤尘漂移的距离 较短； 高滚筒抛煤扬程相对较远， 粉尘扩散范围广且 漂移的距离也相对较远； 逆风流采煤， 滚筒位置和前 滚筒粉尘移动规律相同，而后滚筒抛煤扬程较远， 在 逆风流和采煤机的移动共同作用下， 粉尘的扩散范围 也相对广泛。煤炭开采时， 在液压支架移动和升降过 程中也会产生大量的粉尘， 其主要在综采工作面主风 流通道液压支架前半部位置， 随着风流运动。 2喷雾降尘原理及影响因素 喷雾降尘是将水细化形成液态雾粒与固态尘粒 相互凝结，使其重量和体积增加，从而实现粉尘除 尘。凝结方式主要是通过惯性碰撞、 布朗扩散、 拦截 捕尘、电荷吸尘等机理综合作用来实现工作面除尘 的。粉尘颗粒与水雾之间的凝结效果决定工作面的 除尘能力。 通过对喷雾降尘原理的认识，喷雾降尘主要是 通过喷雾装置将水细化产生水雾粒子与粉尘产生相 互作用实现粉尘降落。 其主要影响因素有 喷口形式 和参数、 喷雾流量、 水质量、 粉尘颗粒分布、 喷雾压力 等[3]。其中最为关键的是喷雾压力、 粉尘分布及喷嘴 参数。 根据研究显示， 不同喷雾装置， 在其压力作用下 喷出的雾流颗粒和速度有很大的差别。压力较低时 雾流颗粒射程较近， 压力较高时雾流颗粒射程较远， 在空气阻力的作用下雾流颗粒变成雾粒，降尘效果 下降。 适当的高压喷雾对细微粉尘的除尘效果最好， 因为水在高压作用下通过喷雾装置会带有一定的静 电荷， 会与带异性电荷的粉尘相互吸引， 可对细微粉 尘有效净化。 在恒压喷雾条件下， 水化雾粒直径满足 如下关系[4] Dd Kb（1.79Dp-1） DpPp1.26 . 其中 Dd为雾粒直径， μm； Dp为喷嘴直径， mm； Pp为 喷雾压力； MPa； Kb为比例系数， 取 34 530。从式中可 以看出 在喷雾压力不变的情况下， 喷嘴直径与雾粒 直径成正比关系； 在喷嘴直径不变的情况下， 喷雾压 力与雾粒直径成反比关系。 通过对上述公式的分析， 根据煤矿具体的数据通过理论计算和现场观测， 可 以找出最合适的喷嘴直径和喷雾压力。 3工作面概况 某矿 81505 综采工作面煤体干燥不易破碎， 湿 润性一般。 通风方式采用 U 型全负压上型通风， 工作 面 所 配 风 量 为 2 500 m3/min。 煤 层 总 厚 度 在 综采工作面喷雾降尘装备的优化研究 冯建亮 （大同煤矿集团虎龙沟煤业有限公司， 山西大同036010） 摘要 针对 81505 综采工作面采煤机喷雾装置存在的问题， 分析工作面粉尘成因及移动规律， 遵循 “先隔离， 后 降尘” 的优化改造原理， 提出对采煤机喷雾装置采用隔离与除尘喷嘴的交叉安装改造， 并将液压支架除尘装置由 手动改造成自动控制， 从而对工作面粉尘进行治理。研究结果表明 采煤机滚筒出的粉尘质量浓度较原先降低 56.6， 取得了很好的降尘效果。 关键词 喷雾装置除尘采煤机 中图分类号 TD714.4文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0057-03 收稿日期 2020-03-19 作者简介 冯建亮 （1991） ， 男， 毕业于太原理工大学机械设计 制造及其自动化专业， 助理工程师， 环保科科员。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.025 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 机械分析与设计 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 11.9914.36 m， 平均煤层在 12.73 m 煤层倾角在 3 5之间， 普氏系数 f4.5， 属于稳定煤层。本工作面 采用单一走向长臂后退式综合机械化低位放顶煤开 采的采煤方法，采空区顶板处理方式为自然全部跨 落法。 为此， 在采煤时对综采工作面进行了粉尘现场 采集， 并通过粉尘度分析仪进行测定， 结果分析 综 采面采煤机司机出的粉尘粒度小于 10 μm 的占总 粉尘的 1/10， 呼吸性粉尘占总粉尘比重较多， 粉尘的 平均直径为 56.4 μm。 在实际生产过程中， 采煤机雾 喷嘴经常堵塞和因安装位置不合理而在割煤过程中 造成损坏， 导致除尘效果不理想， 从而影响工作面的 正常生产。 4喷雾降尘装备优化及巷道防尘措施 根据综采工作面采煤机喷雾装置在运转过程中 出现的问题，进行现场观察分析降尘喷雾装置出现 堵塞或损害现象主要原因是喷雾设备的喷口直径、 喷雾压力及安装位置不合理等。为了提高综采工作 面的喷雾降尘效果，对采煤机降尘装置改造依据先 隔离粉尘再降尘的原则，初期采用的降尘措施是直 接利用降尘喷嘴将水雾化后，降低采煤机割煤时产 生的粉尘浓度。优化后的装置是根据 81505 综采工 作面采煤机的机型型号和采煤过程中摇臂与滚筒的 空间关系，在连接滚筒的摇臂杆件内端安装隔尘喷 嘴和除尘喷嘴， 前者安装 3 个， 后者安装 2 个进行交 叉布置。 通过对现场除尘效果分析， 确定最优的喷雾 装置参数， 取喷嘴直径 Dp1.5 mm， 喷雾压力 （Pp） 在 56 MPa 内。 具体采煤机喷雾装置安装示意图如图 1 所示。 经现场观测分析，液压支架粉尘主要集中在液 压支架前半部位置，根据液压支架的型号和粉尘分 布位置进行喷雾装置优化。将原来的喷雾水管改用 直径为 25 mm 的胶管，在液压支架架间安装 10 mm 的高压胶管，并与喷雾杆相接，再在喷雾杆上安装 46 个喷嘴，每隔 10 组支架安装这样的高压胶管。 改造工作状态由人工控制变为自动控制。其过程是 将红外发射器安装在采煤机上， 并每隔 10 个液压支 架上安装红外线接收器， 通过通信电缆、 控制器与红 外接收器来控制连在喷雾杆上的电磁阀实现自动控 制； 具体改造装置组成有 红外线接收仪、 集控器、 通 信电缆、 电磁阀、 喷雾管、 喷嘴及发射装置。 自动喷雾 装置的工作原理是 当采煤机开始工作， 安装在采煤 机上的发生器会给安装在液压支柱上的接收器一个 红外信号， 通过接收器传到控制箱， 再由控制箱向电 磁阀发出指令， 再由喷雾杆送水开始喷雾降尘， 通过 控制箱控制喷雾降尘延迟 40 s 关闭；随着采煤机的 推进，直至到达另一安装红外接收器的液压支架自 动循坏如上降尘程序[5]。液压支架喷雾装置安装如 图 2 所示。 在 51505 巷距回风绕道口 50 m 范围内、 21505 巷距巷口 50 m 范围内各设置一道固定净化水幕； 在 21505 巷距离工作面 100150 m 范围内、 51505 巷距 工作面 50 m 范围内各设置两道净化水幕，随采随 移。净化水幕必须覆盖巷道全断面， 确保正常使用。 在 51505 巷距工作面 150 m 向外安设 2 道捕尘网， 随采随移。巷道防尘措施图如图 3 所示。 5优化后喷雾装置的除尘效果 为了验证优化后除尘效果，在整个综采工作面 进行煤尘采样分析， 每隔 5 m 取一个采样点， 一共采 集 10 个样本。下页图 4 为优化前后粉尘浓度对比。 通过对图 4 数据进行综合计算可知，经过对喷 雾装置的合理优化、交叉安装隔尘喷嘴和除尘喷嘴 后的采煤机可使工作面的粉尘浓度较原先降低 56.6， 取得了很好的降尘效果， 保证了工人的身体 健康， 为其他矿山治理粉尘污染提供了参考。 6结论 遵循 “先隔离， 再降尘” 的优化原则， 采用隔尘喷 嘴与除尘喷嘴的交替运用优化， 试验结果表明 优化 图 1采煤机喷雾装置安装示意图 图 2液压支架喷雾装置示意图 图 3巷道防尘措施示意图 隔尘降尘装置 采煤机 煤壁 摇臂 滚筒 电磁阀 接收器 发射器 采煤机 喷嘴 滚筒 控制箱 81505 工作面 51505 巷 21505 巷 水幕 隔爆水槽 洒水喷雾 三通阀门 捕尘网 58 2020 年第 6 期 改造后的喷雾除尘系统可使工作面的粉尘浓度较原 先降低 56.6， 缓解了工作面生产粉尘的污染， 大幅 度改善了工作面环境， 保证的工人的身体健康。 参考文献 [1]杨志刚. 不同因素对采煤机喷雾系统降尘效果的影响分析[J]. 机械管理开发， 2018， 33 （8） 60-61. [2]马威， 张群， 吴国友， 等.采煤机割煤粉尘治理关键技术及装备 研究与应用[J].矿业安全与环保， 2019， 46 （3） 61-65. [3]周建平， 王海舰.综采面采煤机喷雾降尘控制系统改进优化研 究[J].机电工程， 2015， 32 （2） 211-214. [4]张小涛， 隋金君， 曲， 等.采掘工作面喷雾降尘技术研究及应用 [J].煤矿机械， 2013， 34 （8） 247-250. [5]李利军.采煤机机载喷雾降尘装置改进研究[J].自动化应用， 2019 （10） 93-94. （编辑 贾娟） 图 4优化前后采样点粉尘浓度对比 Optimization of Spray Dust Control Equipment in Fully Mechanized Working Face Feng Jianliang （Hulonggou Coal Industry Co.,Ltd., Datong Shanxi 036010） Abstract In view of the problems existing in the spray device of shearer in 81505 fully mechanized face, this paper analyzes the cause and law of working flour dust, follows the principle of “isolation first, then dust fall“ optimization transation, puts forward the cross-installation transation of the spray device of shearer with isolation and dust removal nozzle, and transs the dust removal device of hydraulic support from manual to automatic control, so as to control the dust of working face. The results show that the dust concentration of shearer drum decreases to 56.6, and the dust control effect is good. Key words spray device; dust removal; shearer 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 45403530252015105050 采样点 （与尘源距离） /m 优化前 优化后 被喻为 “天府第一路” 。该工程 3 标段共有近 120 多 座高架桥桥墩， 墩柱高度集中在 612 m 之间， 盖梁 排水坡比各不相同。若采用传统的满堂支架作盖梁 模板的支承方式进行墩身盖梁部分的施工，不仅成 本高，准确调坡困难，还会大大超出业主的工期要 求， 影响整个标段的施工进度。 本文所述的新型托架 在该标段桥墩盖梁施工过程中的全面应用，为客户 成功解决了上述问题， 取得了一定的经济社会效益。 参考文献 [1]住房城乡建设部.钢结构设计规范 GB 500172017[S].北京 中国建筑工业出版社， 2003. （编辑 王瑾） Design of a New Type Cover Beam Bracket Based on Simulation Finite Element Analysis Chen Qiao1, Qiu Gen2, Yi Ronghua3 （1.Chengdu Xinze Machinery Co., Ltd., Chengdu Sichuan 611330;2. Dayi Yixin Social Work Service Center, Chengdu Sichuan 611330;3. Sichuan Wangjin Machinery Co., Ltd., Chengdu Sichuan 611332） Abstract This paper introduces the main structure and working principle of the cover beam bracket, calculates and demonstrates the bracket structure based on the finite element analysis module in the Solidworks, and solves the problems of high cost, low efficiency and difficult to adjust slope accurately in the construction of the cover beam of highway pier body. Key words new cover beam bracket; finite element analysis; design （上接第 4 页） 冯建亮 综采工作面喷雾降尘装备的优化研究59