滾筒采煤機(jī)外噴霧降塵技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上滾筒采煤機(jī)外噴霧降塵技術(shù)摘要：在煤礦開采過程中,會(huì)產(chǎn)生大量煤塵，當(dāng)井下空氣中飛揚(yáng)的煤塵達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)發(fā)生猛烈的爆炸，給工人人身安全造成嚴(yán)重的威脅，煤礦生產(chǎn)中80%的粉塵產(chǎn)自采掘工作面，傳統(tǒng)的采煤機(jī)防塵由于壓力不足，導(dǎo)致降塵效果差，因此，改進(jìn)采煤機(jī)外噴霧，通過fluent軟件來確定最適的噴霧壓力、角度等參數(shù)，使其達(dá)到最佳的降塵效果。關(guān)鍵詞：外噴霧、二次負(fù)壓、參數(shù)綜采工作面是煤礦的主要產(chǎn)塵區(qū)域，近年來，隨著煤層機(jī)械化開采程度的不斷提高，綜采工作面的粉塵污染程度日趨嚴(yán)重，采煤工作面產(chǎn)塵量占礦井總產(chǎn)塵量45%80%【1】，采煤機(jī)割煤時(shí)產(chǎn)塵是綜采面最主要的塵源，其粉塵產(chǎn)塵量

2、占整個(gè)采煤工作面產(chǎn)塵量的7080%，綜采綜掘工作面在未采取任何措施的條件下，粉塵濃度均可達(dá)1000-3000mg/m3【2】，所以綜采工作面粉塵的控制應(yīng)以采煤機(jī)滾筒為中心，通過改變以往采煤機(jī)的外噴霧裝置，采用高壓噴霧，在燕子山礦8204綜采三隊(duì)采煤機(jī)安裝二次負(fù)壓降塵裝置，主要針對采煤機(jī)滾筒割煤時(shí)產(chǎn)生的渦旋風(fēng)流塵源點(diǎn)，利用高速噴射的水霧形成的負(fù)壓產(chǎn)生的渦旋高速漩渦風(fēng)流【3】，將其吸收并凈化，從而達(dá)到降塵的效果。1、采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵過程目前，常見的采煤機(jī)工作面的滅塵、降塵措施有外噴霧和內(nèi)噴霧兩種，現(xiàn)代采煤機(jī)大都采用內(nèi)、外噴霧相結(jié)合的方法。一般采煤機(jī)的噴霧系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)是合為一體的，水冷和噴霧供水方式

3、有兩種：一是水進(jìn)入機(jī)組總水門后分兩路，一路不減壓而直接供內(nèi)噴霧，另一路減壓后供外噴霧；二是水進(jìn)入機(jī)組總水門后，一路經(jīng)減壓后進(jìn)入電機(jī)冷卻器，另一路進(jìn)入牽引部冷卻器，然后分供內(nèi)噴霧和外噴霧【4】。噴霧效果與供水壓力有一定的關(guān)系，供水壓力不能小于一定值，否則達(dá)不到霧化效果。而電動(dòng)機(jī)的耐水壓力一般不超過 2.2 MPa，這就造成了采煤機(jī)冷卻和噴嘴霧化的矛盾。因此由于噴霧壓力低，以及采煤時(shí)風(fēng)流受到采煤機(jī)的阻礙，前滾筒的高速旋轉(zhuǎn)和逆風(fēng)噴霧的原因，在采煤機(jī)前端產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流，使大量高濃度含塵氣流擴(kuò)散到采煤機(jī)司機(jī)的作業(yè)空間，給煤機(jī)司機(jī)和下風(fēng)流作業(yè)的人員造成嚴(yán)重危害【5】。2、外噴霧降塵裝置的改進(jìn)及參數(shù)的確定2

4、.1 外噴霧降塵裝置的改進(jìn)粉塵危害是煤礦生產(chǎn)的六大災(zāi)害之一，礦井生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的粉塵彌漫在整個(gè)工作空間，它們在整個(gè)工作面飛揚(yáng)，使井下的空氣遇到嚴(yán)重的污染，不僅危害工人的身體健康，也破壞了設(shè)備的工作環(huán)境，加速機(jī)械的磨損，降低操作現(xiàn)場的能見度，增加事故發(fā)生率，也容易引起煤塵爆炸與瓦斯爆炸事故【6-7】。國內(nèi)外研究表明，高壓噴霧具有霧粒直徑小，霧粒運(yùn)動(dòng)高速、霧粒密度大、霧粒射程遠(yuǎn)、耗水量小、覆蓋面積大及噴嘴不易堵塞等顯著優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的滿足高校降塵的要求，特別是對細(xì)微粉塵【8】。燕子山礦在石炭系8204綜采三隊(duì)正常生產(chǎn)過程中，經(jīng)測量粉塵濃度高達(dá)800mg/m3,依靠滾筒內(nèi)外噴霧，由于壓力不足，降塵率不容

5、樂觀。另外，大量浮游粉塵，5060m處的全塵濃度降低85%90%,但呼吸性粉塵并不沉降,對采煤機(jī)司機(jī)和支護(hù)人員造成嚴(yán)重危害。為此需要進(jìn)一步提高采煤機(jī)降塵能力采煤機(jī)上對外噴霧技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，在不改變原有采煤機(jī)降塵裝置的基礎(chǔ)上增設(shè)了負(fù)壓二次降塵裝置。該裝置主要由高壓水泵、供水自動(dòng)控制水箱、負(fù)壓二次除塵裝置及高壓管路等組成。利用設(shè)置在工作面順槽至工作面敷設(shè)的高壓管路輸送到布置在采煤機(jī)兩端頭上的二次負(fù)壓降塵裝置；二次負(fù)壓降塵裝置將供給的高壓水，轉(zhuǎn)化成控制采煤機(jī)滾筒割煤產(chǎn)塵的就地凈化、阻止和減少粉塵向外擴(kuò)散【9】。其供水管路系統(tǒng)示意圖、高壓泵站及降塵裝置安裝示意圖如下：圖1：供水管路示意圖圖2：高壓泵站

6、系統(tǒng)示意圖其中：1高壓泵站；2、4高壓供水管；3變節(jié)頭；5自動(dòng)供水控制水箱；6水箱內(nèi)置過濾器；7高壓水泵圖3：降塵裝置在采煤機(jī)的安裝平面示意圖圖4：降塵裝置在采煤機(jī)的安裝平視示意圖2.2 降塵方式高壓噴霧降塵過程可以看作是對一個(gè)流體霧粒與固態(tài)粉塵的凝結(jié)過程，高壓噴霧在很大程度上表現(xiàn)為惰性凝結(jié)、靜電凝結(jié)和渦流凝結(jié)【10】。將礦井的靜壓水通過高壓泵加壓后形成高壓水，高壓水霧從降塵裝置的前端噴出，其噴出的高壓水霧流以一定的角度高速引射到采煤機(jī)滾筒上，形成阻礙塵源向采煤空間擴(kuò)散的高壓氣霧屏障【11】，由于水霧的負(fù)壓作用，降塵裝置周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的負(fù)壓場，可將采煤機(jī)端部及滾筒附近含塵濃度高的空氣吸入并隨霧流

7、再此噴出并凈化。從降塵裝置前端噴出的高速霧、氣流從滾筒的斷面切過，具有足夠的能量控制滾筒旋轉(zhuǎn)所形成的渦流風(fēng)力場，使含塵濃度高的空氣被吸入高速汽霧流中，其中大部分粉塵可與霧粒結(jié)合、沉降，空氣得到凈化【12】。2.3 參數(shù)研究 二次負(fù)壓除塵裝置安裝在采煤機(jī)的端頭，它噴射的水霧應(yīng)該將滾筒的截割粉塵區(qū)域覆蓋，二次負(fù)壓除塵裝置的覆蓋面積與噴嘴的角度、噴射壓力、噴嘴的噴射半角以及采煤機(jī)滾筒到二次負(fù)壓除塵裝置距離有關(guān)。由于二次負(fù)壓除塵裝置與滾筒的距離是固定值，為了很好覆蓋塵源的效果，在噴嘴的角度一定情況下，噴射壓力與噴嘴的噴射半角是影響二次負(fù)壓除塵裝置降塵效果的關(guān)鍵因素。1）噴射水壓的影響。在噴霧系統(tǒng)中，系

8、統(tǒng)水壓力是一個(gè)非常重要的參數(shù)。供水系統(tǒng)的水壓對霧化效果影響較大,水壓越高,水霧顆粒越細(xì)。降塵效果越好。但較高的水壓帶來的問題是能耗大，對設(shè)備要求較高。在本系統(tǒng)中水壓越高，不一定對滾筒的產(chǎn)塵區(qū)域覆蓋效果越好。通過數(shù)值模擬的方法研究噴射的水壓力對降塵效果的影響。利用fluent軟件建立二次負(fù)壓除塵裝置模型如圖5，并設(shè)定邊界條件，噴嘴的壓力從212MPa變化，間隔1MPa，取每個(gè)結(jié)果在距離二次負(fù)壓除塵裝置為1.5m左右觀察其覆蓋區(qū)域，如圖6，并測量結(jié)果，繪制噴射壓力與該位置上覆蓋區(qū)域的關(guān)系如圖7。圖5：二次負(fù)壓除塵裝置模型圖6：噴射效果數(shù)值計(jì)算 圖:7：噴射壓力與覆蓋區(qū)域的關(guān)系 由上圖可以看出，隨著

9、噴嘴壓力的提高，在滾筒產(chǎn)塵位置的覆蓋區(qū)域是由小變大，再由大變小，說明此處的二次負(fù)壓除塵裝置的降塵效果并不是噴嘴壓力越高越好，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果二次負(fù)壓除塵裝置的壓力應(yīng)設(shè)在26MPa之間最好，覆蓋區(qū)域能夠達(dá)到滾筒的寬度。 2）噴嘴的噴射半角的影響。由于二次負(fù)壓除塵裝置的噴嘴位于圓柱筒內(nèi)，噴嘴的噴射半角不但影響負(fù)壓效果，而且影響噴射的覆蓋區(qū)域。另外如果噴射半角過大一些水霧會(huì)碰撞到圓筒內(nèi)壁，形成反射同時(shí)會(huì)影響噴霧效果，如果噴射半角過小，噴出去的寬度不夠，浪費(fèi)可用空間。 利用fluent軟件建立二次負(fù)壓除塵裝置模型圖，并設(shè)定邊界條件，改變噴嘴的噴射半角，從1030°變化，間隔5°，測量并

10、記錄每個(gè)計(jì)算結(jié)果在距離二次負(fù)壓除塵裝置為1.5m左右寬度，繪制噴射半角與覆蓋區(qū)域的關(guān)系如圖8。圖8：噴射半角與覆蓋區(qū)域的關(guān)系 由上圖可以看出，隨著噴嘴半角的提高，覆蓋區(qū)域是由小變大，再由大變小，說明噴嘴半角對結(jié)果的影響是不成比例非線性的。二次負(fù)壓除塵裝置的噴射半角在20°附近時(shí)效果最好。 3）負(fù)壓特性研究。同樣在fluent軟件中對噴嘴軌跡及負(fù)壓所產(chǎn)生的空氣流動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬，得出出四個(gè)噴嘴所產(chǎn)生的負(fù)壓能夠?qū)娮旌蠓酱蟛糠趾蟹蹓m的空氣吸入管壁內(nèi)進(jìn)行噴霧凈化。而在噴嘴前方空氣順著噴霧水流形成了平均速度大約為2m/s的回旋流動(dòng)，能夠帶著一部分粉塵重新被吸回管壁內(nèi)，而另外一部分粉塵則被空氣

11、不斷帶入噴霧水流中進(jìn)行降塵，能達(dá)到很好的除塵效果。通過不斷改變所設(shè)定的噴嘴的壓力值，模擬仿真出在不同壓力下四個(gè)管壁內(nèi)所產(chǎn)生的最低負(fù)壓，得出在當(dāng)噴嘴壓力在小于6MPa時(shí)，管壁內(nèi)負(fù)壓隨著噴嘴壓力值得增加而增長得最快，在6MPa之后負(fù)壓值增長已很緩慢，主要原因是結(jié)構(gòu)決定的，當(dāng)噴嘴壓力升高，雖然噴射速度加大，但是由于噴嘴后部的進(jìn)氣斷面較大，空氣被迅速吸進(jìn)來，也就不會(huì)產(chǎn)生更高的負(fù)壓，也就是說他的負(fù)壓吸附能力也就不會(huì)增加了。所以要在此中結(jié)構(gòu)下，噴嘴噴霧壓力可以設(shè)定在46MPa。綜合以上分析，二次負(fù)壓除塵裝置要想獲得較好的負(fù)壓，噴嘴噴霧壓力可以設(shè)定在46MPa，它的變化趨勢為隨著壓力升高負(fù)壓升高。根據(jù)覆蓋產(chǎn)

12、塵情況的噴霧壓力應(yīng)設(shè)定在26MPa之間效果較好，且能滿足要求，它的變化趨勢開口向下的拋物線形狀，綜合以上情況因此二次負(fù)壓除塵裝置的壓力應(yīng)設(shè)定在6MPa左右。根據(jù)對噴射半角的影響分析二次負(fù)壓除塵裝置的噴射半角在20°附近時(shí)效果最好。2.4 使用效果通過對采煤機(jī)外噴霧降塵裝置的改進(jìn)后降塵效果顯著，特別是割煤工序和司機(jī)位降低幅度較大，改進(jìn)前后我們分別對8204綜采工作面割煤、司機(jī)位、回風(fēng)等測點(diǎn)進(jìn)行了粉塵濃度測定，對比情況詳見表1、表2。表1 措施前燕子山礦8204綜采工作面粉塵濃度 mg/m3測定次數(shù)割煤司機(jī)位移架回風(fēng)176858953810027656205641023785590541

13、112474356352298平均765590541103表2 措施后燕子山礦8204綜采工作面粉塵濃度 mg/m3測定次數(shù)割煤司機(jī)位移架回風(fēng)120720521662223618719463324317623368423618221958平均23018721662 從表1，表2可以看出，通過對采煤機(jī)外噴霧降塵裝置的改進(jìn)后，有關(guān)測點(diǎn)粉塵濃度都有所下降，特別是割煤工序和司機(jī)位降低幅度較大，分別達(dá)到70%和68%。3、總結(jié) 通過對原采煤機(jī)的外噴霧系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，并通過Fluent軟件仿真進(jìn)行模擬，確定其最適參數(shù)，使割煤工序和司機(jī)位粉塵濃度大幅降低，改進(jìn)后的高壓外噴霧裝置（負(fù)壓二次降塵裝置）適合我國煤礦

14、井下各種類型采煤機(jī)使用的高效除塵系統(tǒng)，具有特點(diǎn)：整套系統(tǒng)控塵能力強(qiáng)，使用方便、維護(hù)簡單；所配高壓水泵結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、單位水功率高，方便煤礦井下運(yùn)輸；供水自動(dòng)控制水箱適應(yīng)供水壓力高，可保證在使用過程中水箱供水水位的穩(wěn)定，無須人工控制；負(fù)壓二次除塵裝置同時(shí)具有攔截粉塵外逸的汽霧流屏障和含塵氣流凈化系統(tǒng)，裝置體積小、安裝方便、維護(hù)容易，能夠?qū)崿F(xiàn)對采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵的有效控制【13】。采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵技術(shù)主要針對綜采工作面等機(jī)械化程度相對較高、產(chǎn)塵量大、粉塵治理相對困難等技術(shù)難點(diǎn)而研制,是對采煤機(jī)內(nèi)外噴霧降塵效果的又一補(bǔ)充和完善,對改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境,降低粉塵濃度效果明顯,而且其裝備體積小、使用

15、方便、維護(hù)簡單,其推廣和應(yīng)用前景非常樂觀。參考文獻(xiàn)：【1】吳瓊.綜采工作面噴霧降塵機(jī)理及高壓降塵噴嘴改進(jìn)研究D,阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué),2007:3.【2】王煒,胥奎.高瓦斯礦井綜采工作面粉塵防治技術(shù)探討J,煤炭工程,2009(6):52.【3】呂自強(qiáng).高壓引流噴射器設(shè)計(jì)J.煤礦現(xiàn)代化,2008,總(8):47.【4】沈樹林,王開松.采煤機(jī)煤塵防治措施的改進(jìn)J.煤炭科技,2004,23(8).【5】王威,丁可可.綜掘綜采工作面粉塵控制技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展J,能源技術(shù)與管理,2011,(2):104.【6】吳紅波,陸守香,張立.煤塵爆炸事故及其綜合評判J.爆破器材.2005,34(5):29-33.【7】王省身.礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù)M.徐州:中國礦業(yè)學(xué)院出版社.1996.【8】冉松河.梁北煤礦采掘工作面粉塵綜合防治技術(shù)J,中州煤炭,2009,總(166):84.【9】楊勝來.綜采工作面粉塵運(yùn)移和粉塵濃度三維分布的數(shù)值模擬研究J.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2001(8)【10】張延松.高壓噴霧極其在煤礦井下粉塵防治中的應(yīng)用J,重慶環(huán)境科學(xué),1994(12).【11】歐陽廣斌,錢高峰.煤礦采掘工作面綜合降塵技術(shù)裝備的應(yīng)用