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采煤机吸尘滚筒降尘技术的初步研究 第六图书馆 介绍吸尘滚筒降尘原理及吸尘滚筒研制中有关参数的确定方法和工业性试验情况,为国内采煤机降尘提供了新途径。介绍吸尘滚筒降 尘原理及吸尘滚筒研制中有关参数的确定方法和工业性试验情况,为国内采煤机降尘提供了新途径。采煤机 吸尘滚筒 降尘原理 技术参数 结构煤炭科学技术马中飞 施帮华 等[1]徐州矿务集团有限公司安全监察部,江苏徐州221006 [2]徐2001第 六图书馆 第2 9 卷 第1 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 1 年1 月 文章编号； 0 2 5 3 2 3 3 6 { 2 0 0 1 l 0 1 0 0 0 7 0 3 采煤机吸尘滚筒降尘技术的初步研究 马中飞 ，施帮华 ， 张周权0 1徐州矿务集团有限公司 安垒监察部 ，江苏 徐州2 2 1 { N } 6 ；2 ． 徐州师范大学 技术教育学院，江苏 徐州2 2 1 0 1 1 3 ． 徐州矿务集团旗山煤矿，江苏 棘州2 2 1 1 3 2 摘要舟绍吸尘滚筒降尘原理及吸尘滚筒研制中有关参数的确定方法和工业性试验情况．为国内 采煤机降尘提供了新途径。 关键词采煤机；吸尘滚筒； 降尘 中图分类号 T D4 2 1 ． 6 l ；T DT 1 4 ． 4 文献标识码 B 采煤机割煤是煤矿高粉尘尘源之一，据调查。 在无防尘措施下，采煤机司机处的粉尘浓度最高可 达 6 0 0 0 mg ／ m3 ， 严重影响煤矿安全生产和工人身 体健康。为解决采煤机粉尘问题，国内外试验过多 种措施， 但由于种种原因，目前最广泛的措施仍是 采煤机内外喷雾。而实际使用中，内外喷雾仍存在 一 些问题 ①供水系统的水质、水量、水压、管径 不能满足喷雾需要 ；②采煤机 内喷雾系统 因密封漏 水、喷嘴堵塞而不能正常使用；③采煤机外喷雾方 向、角度紊乱，喷嘴数量、喷嘴结构不合理．产生 粉尘逆流。因此，对采煤机吸尘滚筒降尘技术进行 了初步研究。 面对应地面设置了岩移观测站。 地表沉陷观测从 1 9 9 8 年3月2 5日 首次观测开始， 至 1 9 9 9 年8 月2 5 日最后一 次为止 ，共进行 2 4次。地表移动 已趋于 稳定，实测地表下沉最大值为 1 6 9 ra n 1 ，经推算地 表最大下沉值为 1 8 7 ra n 1 。这与在不采取覆岩离层 注浆地表最大下沉预计值 1 1 0 5 n l l n 对比，注浆减 沉率为 8 3 ． 1 ％。由于地表下沉减缓，建筑物基本 上未出现一级 以上损坏。 3 2 直接经济效益 该技术方案实施共投资 3 2 2 ． 4 2万元 包括设 备及厂房折旧、 钻孔施工、 注浆运行等 。合吨煤 投资 6 ． 9 1 元／ t 。由于注浆减沉效果明显。推迟了 急待搬迁的巨额费用支出；加之地表沉陷减缓且未 出现积水，可减少青苗补偿费、节省水淹地征地费 和复垦费；以及地面建筑物变形破坏减弱而节省维 修费等，共获直接经济效益 1 1 5 4 ． 8 万元，投入产 出比为 1 3 ． 5 8 ，经济效益明显。 3 ． 3 综合效益 开滦唐山矿采用覆岩离层注浆减沉技术实现建 筑物下特厚煤层综放开采，取得显著的综合效益 ① 工作面平均月达到 5 万多吨， 维持了矿井高产稳 产和盈利， 保持了矿区稳定；② 工作面回采率达 8 2 ． 8 4 ％，比井下特采提高了资源回采率；③ 该工 作面开采共注入粉煤灰 1 2 1 6 6 0 t ，按电厂储灰计 算需征地 1 1 2 5 2 m 2 ，费用上百万元，由于这些粉 煤灰全部注入到覆岩离层中， 减少了土地征用和费 用支出；④ 由于粉煤灰充入地下，减少在地面的 堆积，从而可避免粉煤灰对大气环境的污染，使空 气质量大大提高。 综上所述，开滦唐山矿 3 6 9 6 工作面在建筑物 下采用覆岩离层注浆实行特厚煤层综放开采 ．由于 技术方案正确 ，组织实施严密 ，取得了显著的经济 效益和社会效益。实践证明 。利用开采形成的覆岩 离层带充填粉煤灰浆，能够减缓地面沉陷， 保证井 下安全，实现建筑物下压煤的经济开采。 作者筒介钟亚平 1 9 4 5 一 ，男．江西南昌人．高级工程师 教授级 o 1 9 6 6年毕业于山东矿业学院采煤系． 现任开滦 集团 有限责任公司副董事长、总经理 ． 在有关刊物上发表论文多篇。 收稿 日期 2 0 0 o l 0 一l 0 ；责任辅辑 曾康 生 7 维普资讯 第六图书馆 第2 9 卷 第1 期 煤 炭 科 学 技术 2 o o 1 年1 月 1 吸尘滚筒降尘原理 吸尘滚筒是通过布置在滚筒螺旋叶片内缘的若 干个水力吸尘管及装在摇臂上的折流板来降尘的。 高压水在吸尘管从喷嘴向采空区方向高速喷出后， 由于水射流的紊动扩散和粘滞作用 ， 将滚筒煤帮侧 端面及截割区的含尘空气抽吸到吸尘管内，粉尘也 随之被水雾捕捉，并通过折流板的脱水分离作用， 将尘泥水拦截到输送机上运走。净化后的部分空气 返回到截割区。这样， 在吸尘管和折流板的作用下 形成如图 l 所示的局部循环环形气流， 采煤机截割 过程产生的粉尘被消灭在滚筒附近，而不向工作区 间扩散。 工作面 囊术 图 1 嗳尘滚筒结构螺理 吸尘管是吸尘滚筒核心部件 ，它由喷嘴、喉 管、扩散管及吸人室等部件组成。 如图 2 所示，抽 吸含尘空气原理与液气射流泵的原理较为相似，它 是通过各部件的综合作用来实现的。 田2 吸尘首结构原理 1 喷嘴 ； 2 一暧室；3 一喉管；4 一扩散臂 首先，压力水通过喷嘴高速喷出时，由于射流 边界层的紊动扩散及粘滞作用，水射流与空气发生 动量交换，使之产生负压而将含尘气体从吸人室及 外界卷吸到喉管；其次，水射流到达喉管时，因喉 管的断面最小，喉管人口处的气压低于吸人室及外 8 界的气压，促使吸人室内及外界的含尘空气向喉管 流动； 再则，射流在扩散管运动时，由于扩散断面 呈增大趋势，使得动能转换成压能，又增加抽吸和 压缩效果。 在吸尘管中，水与含尘空气接触方式有水滴、 水膜和气泡 3 种形式 ； 这 3 种形式主要依靠惯性碰 撞、截留、布朗扩散及凝聚作用来捕尘 2 吸尘滚筒装置的研制 研制的吸尘滚筒由国产 MG一2 0 0型采煤机滚 筒改制而成，由滚筒、配水盘、折流挡水板和 9 个 吸尘管组成 。 2 1 吸尘滚筒所需吸风■的确定 确定抽吸风量 Q考虑两部分，一部分为滚筒 与截割煤壁侧之间间隙的需要抽风量 QA ， 另一部 分为滚筒非截割区侧所需要的抽风量 Q B 。 Q A 按密闭罩抽尘的抽风方式形式确定， 主要 考虑 2 项要求①在密闭内形成一定负压 ， 使经过 孔口和缝隙，气流以一定速度向内流动时所需的抽 风量 Ql ；②滚筒旋转产生诱导风量 Q2 ，需同时抽 出这一空气量。QA 则近似等于 Q1 和 Q2 之和。 Q B 则按一般外部吸风罩形式计算， 计算时取 控制风速 口 0 ． 5 m／ s 。对于直径为 1 ． 4 m的滚 筒， 按上述方法计算吸尘滚筒所需的抽吸风量为 1． 7 6 4 m3 ／ s 。 2 2 吸尘管结构尺寸的确定 吸尘管外部尺寸主要考虑装煤效果和强度要 求。吸尘管内部结构尺寸是吸尘管研制的关键 ，由 于水力吸尘管内的水、气、粉尘三相流动相当复 杂，目前国内外对界面波及卷吸作用的研究还不成 熟，从理论上得到有限空间非淹没射流破裂长度解 析式还相当困难，因此，喷嘴和吸尘管的最优内部 结构尺寸通过实验来确定 。 实验按照正交试验要求，设计了7 种不同结构 尺寸的管体和 2种不同导水芯的喷嘴。管体采用 0 ． 8 m m的白铁皮卷制扣压并焊接而成， 喷嘴采用 高强度不锈钢材，实验系统见图3 。 通过对实验数据采用方差分析及二次回归分 析， 确定采用 9 个喉管直径 5 5 mm 、喉管长度 1 1 0 H 1 玎 l 的吸尘管 ，选用 x型导水芯、喷 口直径 2 r 一 喷嘴。所确定的吸尘管主要技术参数见表 l 。 2 ． 3 配水盘及折流挡水板结构的确定 考虑到配水的均匀性 、强度要求 ，再考虑到喷 维普资讯 第六图书馆 第 2 9 卷 第1 期 煤 炭科 学 技 术 2 0 0 1 年1 月 2 』 目 3 实验系统示意 l 一温度计； 2 一发尘器； 教压计 ； 4 一压差计{ 5 一攫 I 试管 za 括喷嘴周定 ； 6 一吸尘管； 7 一测尘仪 ； 8 - I 挡水板； 9 _ _ 压力表； l O 一流量计； 1 1 一调压阀； l 2 一水箱； l 卜 高压水泵 嘴与吸尘管中心线重合要求 ，配水盘采用厚为 3 0 n m 、直径 舯0 m r l l 的圆形钢板制作 ，钢 板钻 有 9 个互成等角度 ，直径 1 0 mr l l ，长 3 7 0 1T 11 2 的钻孔 ， 喷嘴固定在直径为 7 3 5 m r l l 圆周的 9个与钢板垂直 的 o 1 5 r f k r n的出水孔上 。由于折流板有脱水 和折流 的作用，再从强度方面考虑， 折流板选用 1 6 1T 112 的钢板，直径为 9 5 01T 1 1 2 ，折角 2 0 。 。 裹 1 吸尘 蕾主要技术参数 3 工业性试验情况 3 1 试验工作面概况 工业性试验在徐州矿区旗山矿 1 3 2 0 2 工作面进 行 ， 该矿为低瓦斯矿井，该面煤层平均厚度 4 ． 8 m，平均倾角1 1 。 ，煤炭自然发火期 3 --6个月，煤 尘爆炸指数为 4 1 ． 5 ％， 粉尘中游离 s ic h含量为 7- 8 ％，粉尘分散度为 粒径小于 2 p ． m 占 3 2 ． 4 ％， 粒径 2～5 g r n 占 3 0 ． 7 ％，粒 径 5～ 1 0 占 2 0 ． 6 ％， 粒径大于 1 0帅 占 1 5 ． 3 ％。采用综采放 顶煤采煤法，采煤机型号为4 MG一2 0 0 W 型，液压 支架为 z F s B 3 0 0 0 ／ 1 5 ／ 2 6 4型，工作面通风方式为 u型 ，运输巷 进风 ，回风巷 回风 。研制 的吸尘滚 筒装在采煤机右摇臂，处于上风侧，左滚筒仍用原 采煤机配套的滚筒 ，处于下风侧，初步研制的吸尘 滚筒用水通过单独敷设的o 1 7 m rl l 高压水管和 X P B 一 8 0 ／ 3 0 0型乳化泵供给，使用时的工作水压为 1 2 ． 0 MP a ， 工作流量为 8 0 L ／ min ，采煤机内外喷 雾供水系统仍保持原设计不变。 3 2 使用效果 经过初步试验发现，吸尘滚筒降尘有明显的优 点① 降尘效果显著 ，经测定 ，使用吸尘滚筒前 后 ，采煤机 回风侧 5 m处 的粉尘浓度 由2 8 0 r a g ／ lmj 降到 5 0 r a g ／ i n 3 ，降尘率 8 2 ． 1 ％，司机处的粉尘浓 度由1 1 6 r a g ／ lm3 降至 1 5 r a g ／ m 3 ，基本不受上风侧 吸尘滚筒的粉尘污染， 降尘率为 9 1 _ 8 ％，表2 为使 用吸尘滚筒前后粉尘浓度汇总表；② 喷嘴不易堵 塞，克服了传统内外喷雾易堵塞的缺点，且用水量 无明显增加；① 喷雾装置较隐蔽，不易损坏，克 服了传统内外喷雾暴露外面易砸坏的缺陷。由此说 明，吸尘滚筒降尘是今后采煤机降尘的方向。 裹 2 粉尘浓鹰舅定汇总 3 3 有待改进之处 从工业性初步试验中发现某些有待改进之处 ① 高压旋转密封漏水；② 多增加一趟供水管路； ③ 吸尘滚筒的配水盘连接件有不完善之处，有掉 落现象。 参考文献 [ 1 j 叶钟元矿尘防治 [ M] 徐州中国矿业大学出版杜 ． 1 9 9 1． [ 2 ] 陆宏圻．射流泵技术的理论及应用 M] 北京水利电力 出版杜 ，1 9 8 9 [ 3 ] 汪荣鑫数理统计 [ M] 西 安西安交通大学出版杜 ， 1 9 8 1． 作者筒介马中飞 1 9 6 2 一 ，男 ，浙江东阳，1 9 9 5年中 田矿业大学硕士研究生毕业 ．徐州矿务集团安全监察部高级工程 师，长期从事矿井通风安全工作，发表论文多篇 收祷 日期 2 0 o o一0 4 1 8 责任编 辑王宗禹 9 维普资讯 第六图书馆