采煤机外喷雾防尘技术研究.doc

参加冀中能源金牛股份公司第11届优秀科技论文评选文章采煤机外喷雾防尘技术研究作者姓名： 申贵堂 作者单位： 通风部 联系电话： 2068498 是否已公开发表： 否 刊物名称及期号： 采煤机外喷雾防尘技术研究申贵堂 (河北金牛能源股份有限公司通风部)摘要:通过分析研究采煤机尘源飞扬范围和现有外喷雾存在缺点，提出采煤机外喷雾的改进思路。对采煤机外喷雾的设计和应用具有一定借鉴意义。关键词：外喷雾；尘源分析；改进一、概述采煤机组的工作机构是螺旋截割滚筒，由它来完成综采工艺的。装有截齿的螺旋滚筒对着煤壁旋转，截齿靠近煤壁并与煤壁接触，煤壁受到截齿的挤压而形成密实核，截齿深入煤壁，密实核进一步扩散并承受剪切力作用，当截齿离开煤壁时，密实核破碎而成粉末状形成煤尘，截齿和滚筒也会在煤壁中研磨产生煤粉。此外，螺旋叶片与剥落下来的煤炭碰撞、摩擦，使煤炭被粉碎进一步产生粉尘。另外，工作面通风、滚筒旋转以及被截割下落的煤形成的风流作用也会产生粉尘，这些粉尘处在工作面的主风流通道上，很容易呈悬浮状态并随着工作面风流向下风侧扩散。因此，螺旋截割滚筒是采煤机生产作业时产生粉尘的最主要环节。二、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所示。当采煤机割煤时，滚筒与煤壁接触部分几乎没有间隙，风道中的风流难以到达，产生的粉尘无法飞扬；滚筒离开煤壁的部分暴露于风道风流容易到达的煤壁空间，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。图1 采煤机尘源位置示意图三、采煤机外喷雾现状分析喷雾降尘是采煤机广泛采用的一种方法。滚筒式采煤机的喷雾降尘装置普遍存在着喷嘴易堵塞或砸坏及喷雾安装位置不当等问题，降尘效果都不好，未曾达到规程的要求，有的相差甚远。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-喷雾在摇臂上； b-喷雾在采煤机背部； c-喷雾在截割电机固定框外侧、 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，损害的喷嘴雾化效果差且起卸压作用，使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固定方式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，偶尔喷雾物流的外沿触及尘源。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，上滚筒喷雾物流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：一是安装位置偏上（如图2中的位置）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；二是安装位置靠近摇臂（如图2中的位置），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；三是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。四、结论：基于上述采煤机尘源、粉尘飞扬范围和外喷雾存在缺陷的分析结果，采煤机外喷雾的改进需要从以下几个方面考虑：1、采煤机外喷雾的控制范围要覆盖粉尘飞扬范围近点和远点。即：在同样的压力下，可以采用有效射程不同的喷雾头分别控制粉尘飞扬范围远点和近点。2、外喷雾的安装位置选择须避开采煤机工作煤炭的掩埋区域；3、外喷雾的安装位置选择须随采煤机滚筒的移动而移动。对于电牵引机组而言，外喷雾安装位置如图2中的位置较好，理论上可以满足结论中第2和3点的要求。需要进一步做的工作有：1）需要在截割电机固定框外侧焊接外喷