综采工作面采煤机气水喷雾降尘技术及应用.doc

综采工作面采煤机气水喷雾降尘技术及应用 摘 要针对矿井综采工作面严重的粉尘问题，改善工作面的作业环境，基于气水雾化原理，设计出适用于综采工作面气水雾化喷嘴的结构、工艺过程和气水喷雾降尘装置的安装。现场应用结果表明采煤机上使用气水喷雾降尘装置后，在顺风割煤时，全尘降尘效率为60.1～73，呼吸性粉尘的降尘效率为49.6～72.4；这种气水喷雾降尘装置具覆盖面积大、雾化效果好等特点，且气压不超过0.8MPa，水压不超过2.0MPa。 关键词 综采工作面；气水喷雾；降尘装置；降尘效率 煤尘是煤矿五大自然灾害之一。一方面，粉尘中的呼吸性粉尘吸入肺部可能引起尘肺病，影响工人身体健康；另一方面，粉尘具有爆炸危险性，危害生产安全。随着采煤机械化水平的提高，井下工作面的粉尘浓度也越来越大，其中采煤工作面的产尘量占井下总产尘量的60。在没有防尘措施的情况下，综采工作面的粉尘浓度可以达2500～3000mg/m3，有些煤矿甚至高达8000～10000mg/m3 以上[1]。如何采取有效的防尘措施，降低采煤工作面粉尘浓度，对于我国煤矿来说已是迫在眉睫的问题。目前，国内外采煤工作面的降尘措施主要是采用通风排尘、喷雾降尘、湿润煤体降尘等措施，但现有的防治粉尘的技术和管理措施存在很大的局限性，效果并不理想。主要还存在以下方面的问题1降尘效果不明显。尽管采用了喷雾降尘装置，但司机工作区的粉尘浓度仍超过安全规程规定；2防尘费用高。采用煤体预先注水投资大、费用高、周期长，而这种不理想状态带来的后果之一，就是使得采煤机 司机长期处于高浓度粉尘存在的恶劣作业环境中，对司机的身心健康构成了严重威胁和损害。为此，设计了一种新型的气水喷雾降尘装置，在开滦集团范各庄矿综采工作面进行试验，取得了很好的效果。 1 气水雾化原理和技术流程 1.1 气水雾化原理 雾化是指在内外力的作用下，液体的碎裂过程。表面张力将促使液滴成为球形，但湍流的径向速度分量和作用于液体表面，空气动力会促使其碎裂。一旦外部作用力超过了表面张，碎裂就会发生。若有进一步的碎裂发生，才会形成大量的细小液滴。液体射流或液膜通常是被两相之间相对运动的气动力破碎的。确定单个液滴稳定性的最重要的无量纲数是韦伯数，它是无量纲的，由液滴与气体的相对速度和气体密度确定[2][3]。 Wc σ ρ v v d g g f − 2 式中， g ρ 为气体的密度，kg/m3， g v 为气体速度，m/s； f v 为液体速度，m/s；d 为液 滴直径，m；σ 为液滴的表面张力，N/m。 气水喷嘴雾化的原理实质上就是气泡雾化机理[4][5]。气泡二次雾化机理如下 （1）一次雾化 该阶段是水流在高速气流作用下破碎成包含大量微小气泡的液丝或液线的过程。从气路 图2 气水雾化喷嘴的结构 1-顶帽，2-中轴，3-螺帽，4-基座 进入的压力气体通过喷嘴气孔后，产生很高的气流速度；从水路进入的压力水通过喷嘴环孔后也产生较大的水流速度，单股气流和多股水流在气水混合室内形成稳定的气泡两相流动，气泡在两相流动过程中加速、变形、膨胀，在喷嘴出口处，由于气泡对液体的挤压和剪切作用使液体以包含大量微小气泡的液丝或液线的形式喷出。 （2）二次雾化 该阶段是液丝或液线由于内外压差的剧烈变化而破碎为微小液滴的过程。包含大量微小气泡的液丝或液线在离开喷口极短的距离内，由于气泡内外压差的剧烈变化，而促使气泡急剧膨胀直至破裂，同时将包裹在其周围的液膜进一步破碎，形成更加细微的颗粒群。