第5章采煤工作面其他防降塵技術(shù)

1、潞安礦區(qū)綜合防塵技術(shù)及實(shí)踐5 采煤工作面其他防降塵技術(shù)5.1 采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵系統(tǒng)的應(yīng)用5.1.1 負(fù)壓二次降塵系統(tǒng)的作用機(jī)理采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵裝置是在充分研究國(guó)內(nèi)外綜放（采）面降塵技術(shù)的基礎(chǔ)上提出的負(fù)壓降塵技術(shù)把高壓水引入工作面降塵，其基本原理為水霧活塞技術(shù)，主要針對(duì)采煤機(jī)滾筒割煤時(shí)產(chǎn)生的渦旋風(fēng)流即塵源點(diǎn)，利用負(fù)壓降塵裝置產(chǎn)生兩倍于采煤機(jī)滾筒的渦旋風(fēng)流，將其吸收并凈化，從而達(dá)到預(yù)期效果1。除塵示意圖見下圖：圖5-1 采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵器系統(tǒng)噴霧示意圖1負(fù)壓降塵裝置；2搖臂；3滾筒；4抽吸風(fēng)流采煤機(jī)高壓噴霧及負(fù)壓二次降塵系統(tǒng)由水箱向高壓水泵供水，水泵通過(guò)噴霧控制閥、噴霧裝置，實(shí)現(xiàn)高壓噴霧。另

2、外由于壓力較高，產(chǎn)生的霧氣流速很快，動(dòng)能較大，加之高速霧氣流把負(fù)壓筒已全密閉充滿，在所有負(fù)壓筒的后部及整個(gè)降塵裝置周圍產(chǎn)生了很強(qiáng)的負(fù)壓空間場(chǎng)，因而可以把采煤機(jī)滾筒及附近含塵濃度高的空氣吸入到降塵裝置內(nèi)，起到負(fù)壓降塵的作用。高壓水霧從降塵裝置的前端噴出時(shí)，由于水霧的活塞作用原理，降塵裝置周圍產(chǎn)生很強(qiáng)負(fù)壓場(chǎng)，可將采煤機(jī)端部及滾筒附近含塵濃度高的空氣吸入并予以徹底凈化。從降塵裝置前端噴出的高速霧、氣流從滾筒的斷面切過(guò)，具有足夠的能量控制滾筒旋轉(zhuǎn)所形成的渦旋風(fēng)力場(chǎng)，使含塵濃度高的空氣被吸入高速霧氣流中，其中大部分粉塵可與霧粒結(jié)合、沉降，空氣得到凈化。從降塵裝置前端噴出的高速霧、氣流吸入并凈化滾筒附近空

3、氣后，受空氣阻力，逐漸減速失去動(dòng)能后，還會(huì)有粉塵混入，其中一部分在降塵裝置形成的負(fù)壓作用下，重新被吸入降塵裝置，受到徹底凈化后又被以高速噴出，進(jìn)而去凈化滾筒周圍的空氣。局部循環(huán)風(fēng)流的形成使整個(gè)工作面空氣受到凈化。5.1.2 負(fù)壓二次降塵系統(tǒng)的組成及改造設(shè)計(jì)1）負(fù)壓二次降塵器系統(tǒng)的組成KCP-2F型采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵器系統(tǒng)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，該裝置的主要技術(shù)特征見表5-1。采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵器，利用設(shè)置在工作面順槽由高壓水泵、供水自動(dòng)控制水箱組成的高壓泵站，將低壓水轉(zhuǎn)化成高壓水并通過(guò)沿順槽至工作面敷設(shè)的高壓管路輸送到布置在采煤機(jī)兩端頭上的負(fù)壓二次除

4、塵裝置；負(fù)壓二次除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)塵源向外擴(kuò)散的汽霧流屏障和局部含塵風(fēng)流凈化除塵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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。負(fù)壓二次除塵裝置直接安裝在采煤機(jī)的兩端頭，用M24螺栓固定在采煤機(jī)兩端頭的連接板上。表5-1 負(fù)壓二次降塵裝置主要技術(shù)特征表裝置名稱技術(shù)參數(shù)高壓水泵型號(hào)BP75/12額定壓力10MPa最大壓力12MPa額定流量4.5m3/h最大外型尺寸1340mm×640mm×750mm整機(jī)質(zhì)量600Kg工作電壓380/660V或660/1140V功率18.5kW供水自動(dòng)控制箱有效容積800L最大外型尺寸1500&

5、#215;700×1000mm適應(yīng)供水壓力4Mpa凈重180Kg負(fù)壓二次除塵裝置汽霧流攔截粉塵屏障張開角度5582°處理含塵風(fēng)量80100m3/min2）結(jié)構(gòu)特征KCP-2F型采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵器，利用設(shè)置在工作面順槽由高壓水泵、供水自動(dòng)控制水箱組成的高壓泵站，將低壓水轉(zhuǎn)化成高壓水并通過(guò)沿順槽至工作面敷設(shè)的高壓管路輸送到布置在采煤機(jī)兩端頭上的負(fù)壓二次除塵裝置；負(fù)壓二次除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)塵源向外擴(kuò)散的汽霧流屏障和局部含塵風(fēng)流凈化除塵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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。KC P-2F 負(fù)壓抽吸二次降、除塵 噴灑 礦用

6、除塵器由高壓水泵、自動(dòng)供水控制水箱組成的采煤機(jī)負(fù)壓降塵器高壓供水系統(tǒng)如圖5-2：煤層1432軌順采煤機(jī)至左負(fù)壓二次除塵裝置至右負(fù)壓二次除塵裝置131319變?nèi)ǎ╝）截止閥D675進(jìn)水出水（b）圖5-2 采煤機(jī)負(fù)壓降塵器高壓供水系統(tǒng)示意圖a）供水管路系統(tǒng)；b）高壓泵站系統(tǒng)1高壓泵站；2高壓供水管1（管徑25，從順槽泵站至工作面中間）；3變節(jié)頭（2519）；4高壓供水管2（管徑19，從工作面中間至采煤機(jī)機(jī)面）；5自動(dòng)供水控制水箱；6水箱內(nèi)置過(guò)濾器；7高壓水泵說(shuō)明：由于采煤機(jī)負(fù)壓降塵器高壓供水系統(tǒng)，是在不改變采煤機(jī)現(xiàn)有水路系統(tǒng)基礎(chǔ)上新增加的一路高壓供水；因此，受采煤機(jī)現(xiàn)有電纜夾槽空間的限制，可能存

7、在著不能在夾槽內(nèi)放置較大直徑的高壓膠管；為了盡可能減少管路造成的水力損失，在供水管路的選配上應(yīng)做到相應(yīng)的搭配。敷設(shè)于電纜夾槽內(nèi)的高壓膠管直徑應(yīng)不小于19，在直徑19的高壓膠管仍無(wú)法放入電纜夾槽時(shí)應(yīng)考慮采用較小直徑的雙管路，如直徑13的雙路高壓膠管。3）主要研究改造內(nèi)容（1）針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)增加高精度過(guò)濾器提高水質(zhì)，防止噴頭堵塞，保證噴嘴霧化效果；（2）對(duì)噴霧座底座和噴嘴角度及安裝位置進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，并實(shí)施改造，使噴射的水霧能封閉采煤機(jī)滾筒，降低采煤機(jī)割煤時(shí)工作面粉塵濃度；同時(shí)防止噴霧座和噴嘴損壞；（3）對(duì)高壓膠管的配置進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，重新組合保證流量；（4）對(duì)減壓閥的壓力進(jìn)行調(diào)試使噴霧效果

8、達(dá)到最佳狀態(tài)。4）采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵器系統(tǒng)的研制改造本系統(tǒng)的改造關(guān)鍵點(diǎn)也即技術(shù)難點(diǎn)：供水系統(tǒng)高壓水泵、自動(dòng)供水控制水箱及供水管路的敷設(shè)，負(fù)壓二次降塵裝置與采煤機(jī)的連接。具體如下：高壓水泵的安裝與調(diào)試：為減少水頭損失，高壓泵進(jìn)水管應(yīng)盡可能的短，并且用適當(dāng)長(zhǎng)的軟管來(lái)隔離振動(dòng)，高壓泵的加壓應(yīng)緩慢進(jìn)行，升壓過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)注意有無(wú)異常聲音及振動(dòng)。第一次使用時(shí)應(yīng)先將位于高壓泵液力端的安全閥完全開啟，使泵處于低壓?jiǎn)?dòng)，對(duì)減壓閥的壓力進(jìn)行合理調(diào)適，逐漸調(diào)節(jié)到所需工作壓力。自動(dòng)供水控制水箱的應(yīng)用：在正常工作下，為保證水流流經(jīng)高壓水泵之前水量的平衡及壓力的穩(wěn)定，從而使高壓水泵發(fā)揮最佳效用；在突然斷水狀態(tài)下或水壓不穩(wěn)

9、的狀態(tài)下，使高壓水泵有一個(gè)緩沖時(shí)間，不至于空轉(zhuǎn)導(dǎo)致水泵燒壞甚至導(dǎo)致更嚴(yán)重事故的發(fā)生；水箱里面的過(guò)濾器可以對(duì)井下水質(zhì)不太好的水進(jìn)行第二次過(guò)濾，從而使流經(jīng)高壓水泵的水真正無(wú)雜質(zhì)，孔隙細(xì)小的噴嘴不至于堵塞，使噴霧效果達(dá)到最佳狀態(tài)。供水管路的敷設(shè)：根據(jù)電纜槽的空間大小，對(duì)高壓膠管的配置進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，重新組合保證流量，KJ-25與KJ-16或KJ-19搭配合適。負(fù)壓二次降塵裝置與采煤機(jī)的連接：對(duì)噴霧座底座和噴嘴角度及安裝位置進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，并實(shí)施改造，從而保證采高度的合適，同時(shí)防止噴霧座和噴嘴損壞，使噴射的水霧能封閉采煤機(jī)滾筒，降低采煤機(jī)割煤時(shí)工作面粉塵濃度；5）達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和要求：高壓水泵額定壓力達(dá)到

10、10MPa，最大流量在4.5m3/h，汽霧流攔截粉塵屏障張開角度5582°，處理含塵風(fēng)量在80100m3/min之間。項(xiàng)目完成后，噴嘴霧化效果顯著提高；噴射的水霧能封閉采煤機(jī)滾筒，降低采煤機(jī)割煤時(shí)工作面粉塵濃度，即降塵率達(dá)85。5.1.3 負(fù)壓二次降塵系統(tǒng)的安裝及應(yīng)用1）負(fù)壓二次除塵裝置在采煤機(jī)上安裝采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵器能否在采煤機(jī)上使用并取得應(yīng)有的降塵效果，負(fù)壓二次除塵裝置在采煤機(jī)上安裝是前提，根據(jù)在采煤機(jī)上的應(yīng)用實(shí)踐，采用將負(fù)壓二次除塵裝置固定在采煤機(jī)截割電機(jī)外殼上的安裝方式，使其噴霧控塵和負(fù)壓抽塵凈化能隨著采煤機(jī)搖臂同步升降，有效控制滾筒割煤產(chǎn)塵向外擴(kuò)散，如圖5-3所示：圖5-

11、3 負(fù)壓二次除塵裝置在采煤機(jī)搖臂上的安裝示意圖1煤壁；2滾筒；3搖臂；4負(fù)壓降塵裝置；5抽吸風(fēng)流負(fù)壓二次除塵裝置可采用下井前直接焊接在采煤機(jī)搖臂上，將負(fù)壓二次除塵裝置安裝連接架焊接在采煤機(jī)搖臂上（負(fù)壓二次除塵裝置通過(guò)連接螺栓與安裝連接架固定）以及利用捆扎鋼帶（鋼絲繩）將安裝連接架固定在搖臂上（負(fù)壓二次除塵裝置通過(guò)連接螺栓與安裝連接架固定）等幾種連接固定方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，這幾種安裝方式均在不同類型的采煤機(jī)上得到應(yīng)用并取得成功。根據(jù)采煤機(jī)的具體條件采用適合的安裝方式就能有效地將負(fù)壓二次除塵裝置固定在采煤機(jī)搖臂上。具體安裝在采煤機(jī)的兩端頭，用M24螺栓固定在采煤機(jī)兩端頭的連接板上，如圖5-4所示：（a）（

12、b）圖5-4 負(fù)壓二次除塵裝置在采煤機(jī)上的安裝示意圖（a）安裝平面示意圖；（b）安裝正視示意圖注：連接板與采煤機(jī)之間的固定方式有多種：如直接將連接板焊接在采煤機(jī)端頭，或用螺栓將連接板固定在采煤機(jī)機(jī)面上。不同型號(hào)或同一型號(hào)不同生產(chǎn)周期的采煤機(jī)負(fù)壓降塵裝置連接板的結(jié)構(gòu)是不同的，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。2）高壓供水管路的敷設(shè)根據(jù)安裝實(shí)踐采用三種規(guī)格的高壓膠管將泵站的高壓水輸送到安裝在采煤機(jī)搖臂上的負(fù)壓二次除塵裝置，泵站至采煤工作面采用200米KJR25-II高壓膠管供水，沿工作面冷卻水管敷設(shè)，工作面至采煤機(jī)段采用150米KJR16-II高壓膠管供水，沿電纜夾槽敷設(shè)，輸送到采煤機(jī)的高壓水用2根15米K

13、JR13-II高壓膠管分別輸送到安裝在采煤機(jī)兩端搖臂上的負(fù)壓二次除塵裝置，形成完整的高壓供水系統(tǒng)。3）高壓泵站的安裝與試運(yùn)轉(zhuǎn)高壓泵站一般采用兩泵一箱的布置方式，兩臺(tái)高壓泵交替使用，高壓泵采用BPZ75/12型，水箱采用體積小的ZGS-800型高壓自動(dòng)供水箱，高壓泵站安裝在工作面順槽乳化液泵站處。高壓泵站可采用與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)控制方式和單獨(dú)控制方式實(shí)現(xiàn)，這兩種控制方式均得到應(yīng)用。（1）高壓泵安裝時(shí)應(yīng)水平放置，安裝前應(yīng)仔細(xì)檢查各部位在完好無(wú)損的情況下方可進(jìn)行安裝。（2）為了減少水頭損失，高壓泵的進(jìn)水管路應(yīng)盡可能的短，并且用適當(dāng)長(zhǎng)的軟管來(lái)隔離振動(dòng)；同時(shí)為了保證高壓水泵的工作可靠，進(jìn)水管路應(yīng)斜放以免產(chǎn)生氣

14、泡，確保供水連續(xù)、并且無(wú)紊動(dòng)；（3）高壓泵在運(yùn)轉(zhuǎn)前應(yīng)將規(guī)定的潤(rùn)滑油通過(guò)加油孔注入泵體，注入油量的多少以油池內(nèi)的靜止油面保持在油鏡的2/3位置處為宜；（4）高壓泵在啟動(dòng)前應(yīng)將泵的壓力側(cè)完全開啟，檢查泵吸入段的接頭是否可靠，以免泵在運(yùn)行過(guò)程中吸入空氣；讓水從泵的出口排出，將泵體水力段的所有空氣排出；（5）經(jīng)空運(yùn)轉(zhuǎn)正常的高壓水泵才可以加壓，加壓過(guò)程應(yīng)緩慢進(jìn)行，升壓過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)注意有無(wú)異常的聲音及振動(dòng)，如有應(yīng)及時(shí)停車進(jìn)行處理；（6）高壓水泵和自動(dòng)供水控制水箱的安裝應(yīng)平穩(wěn)、可靠，防止在使用過(guò)程中發(fā)生傾倒；5.1.4 負(fù)壓二次降塵系統(tǒng)的應(yīng)用效果KCP-2F型采煤機(jī)負(fù)壓二次降塵器系統(tǒng)，2007年10月在漳村

15、礦2202工作面得到實(shí)施，高壓水泵額定壓力達(dá)到10MPa，最大流量在4.5m3/h，汽霧流攔截粉塵屏障張開角度55°82°，處理含塵風(fēng)量在80100m3/min。安裝調(diào)試完成后，噴嘴霧化效果顯著提高；噴射的水霧能封閉采煤機(jī)滾筒，降低采煤機(jī)割煤時(shí)工作面粉塵濃度，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)降塵率達(dá)85%。井下應(yīng)用情況圖片如下圖5-5。圖5-5 負(fù)壓二次除塵裝置井下應(yīng)用效果從現(xiàn)場(chǎng)使用情況和效果來(lái)看，達(dá)到了預(yù)想的效果，實(shí)現(xiàn)了研制目標(biāo)。5.2 綜放支架放煤口負(fù)壓捕塵裝置的應(yīng)用目前國(guó)內(nèi)綜放工作面煤塵防治現(xiàn)狀，與國(guó)家煤塵防治衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)相比還有較大的差距，針對(duì)低位后開天窗放頂煤液壓支架，實(shí)施以高壓水為動(dòng)力源，

16、噴嘴、集流部件、控制部件、聯(lián)接部件、管路布置等結(jié)構(gòu)合理匹配的負(fù)壓捕塵裝置對(duì)改善煤礦井下職工的工作環(huán)境、防治和降低井下職工塵肺病的發(fā)生具有重大的安全效益和社會(huì)效益。綜放支架放煤口負(fù)壓捕塵裝置將綜放面放煤口放煤時(shí)產(chǎn)生的煤塵控制在捕塵系統(tǒng)低壓分布區(qū)，一部分粉塵被捕塵裝置捕捉并被濕潤(rùn)沉降排除，未被捕捉的粉塵控制在支架后部低壓區(qū)域，不擴(kuò)散到人行道，實(shí)現(xiàn)綜放面放煤口放煤時(shí)，粉塵治與防的雙重效果。5.2.1 負(fù)壓捕塵系統(tǒng)的構(gòu)造及工作原理1）系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)主要由負(fù)壓捕塵裝置、液控水閥和相關(guān)液壓管路構(gòu)成。系統(tǒng)工作原理：由于負(fù)壓產(chǎn)生器產(chǎn)生壓力較高，產(chǎn)生的霧氣流速很快，動(dòng)能較大，形成高壓射流，加之高速霧氣流的擴(kuò)

17、散直徑大于負(fù)壓感應(yīng)器直徑，把負(fù)壓感應(yīng)器全密閉充滿，高速霧流在負(fù)壓感應(yīng)器內(nèi)呈紊流狀態(tài)高速推進(jìn)，形成水霧活塞，負(fù)壓感應(yīng)器前方的空氣被源源不斷的水霧推出去，負(fù)壓感應(yīng)器的后部產(chǎn)生了很強(qiáng)的負(fù)壓空間場(chǎng)，因而可以把附近含塵濃度高的空氣吸入到降塵裝置內(nèi)，粉塵與水霧在負(fù)壓感應(yīng)器、流場(chǎng)加速器、混合效應(yīng)管里不斷地結(jié)合、反復(fù)碰撞、重新組合，大部分粉塵與霧粒結(jié)合在混合發(fā)散器出口處沉降下來(lái)，從而起到負(fù)壓降塵的作用2。負(fù)壓感應(yīng)器、流場(chǎng)加速器、混合效應(yīng)管內(nèi)粉塵的捕集可以分為以下四種方式：（1） 重力捕集：大塵粒依靠自身重力進(jìn)入水滴；（2） 慣性碰撞捕集：較大塵粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到液滴時(shí)，其自身的慣性作用使得它們不能沿流線繞過(guò)液

18、滴仍保持其原來(lái)方向運(yùn)動(dòng)而碰撞到液滴，從而被液滴捕集；（3） 截留捕集：當(dāng)塵粒隨氣流直接向液滴運(yùn)動(dòng)時(shí)，若塵粒與液滴的距離在一定范圍以內(nèi)，該塵粒將被液滴吸引并捕集；（4） 布朗擴(kuò)散捕集：微細(xì)塵粒隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于布朗擴(kuò)散作用，而沉積在液滴上。系統(tǒng)的工作過(guò)程是：當(dāng)尾梁插板油缸動(dòng)作，即開始放頂煤工序時(shí)，控制進(jìn)入插板油缸的油液分出一支進(jìn)入聯(lián)控水閥控制油口，將聯(lián)控水閥打開，使高壓水進(jìn)入負(fù)壓捕塵裝置，開始正常工作，實(shí)現(xiàn)放頂煤工作與負(fù)壓捕塵噴霧的同步進(jìn)行。2）捕塵裝置的構(gòu)造及原理負(fù)壓捕塵裝置主要由負(fù)壓產(chǎn)生器、射流定位器、負(fù)壓感應(yīng)器、流場(chǎng)加速器、混合效應(yīng)管、混合發(fā)散器、煤塵收集器接口、煤塵收集器組成，見圖5-6

19、。圖5-6 放煤口防塵、捕塵裝置1負(fù)壓產(chǎn)生器；2定位保護(hù)螺釘；3射流定位器；4負(fù)壓感應(yīng)器；5流場(chǎng)加速器；6混合效應(yīng)管；7混合發(fā)散器；8，9定位聯(lián)接板；10煤塵收集器接口；11煤塵收集器；12，13定位聯(lián)接板其工作過(guò)程：利用壓力水為動(dòng)力，通過(guò)負(fù)壓產(chǎn)生器射流水質(zhì)點(diǎn)的橫向紊動(dòng)作用將負(fù)壓感應(yīng)器4內(nèi)的空氣帶走，形成負(fù)壓區(qū)，在裝置內(nèi)外壓差作用下，含塵空氣不斷從煤塵收集器11流入負(fù)壓感應(yīng)器4，并隨負(fù)壓產(chǎn)生器噴出的水流在混合效應(yīng)管混合，此時(shí)2股流體速度逐漸趨向一致，在混合發(fā)散器中，煤塵被水霧充分包圍濕潤(rùn)，最后被排出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、除塵效率高，加工容易、安裝方便。5.2.2 負(fù)壓捕塵系統(tǒng)的FLUENT數(shù)值模擬在系統(tǒng)

20、研究中，將“氣”定為第一相，將水霧定位第二相，由于用水量受到很大限制，所以采用FLUENT中的離散相模型，利用歐拉多相流進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，仿真得到的相關(guān)圖像即數(shù)據(jù)如下所示。仿真中所建立模型沒(méi)有考慮煤塵收集器的影響，所劃分網(wǎng)格采用四面體形式3。圖5-7 空氣速度流場(chǎng)仿真從該圖中可以得到第一相（氣）的速度大小，在流場(chǎng)加速器部位，該相的最大速度為1.60m/s，在煤塵收集器接口處的流速為0.73m/s。圖5-8 空氣體積流場(chǎng)仿真圖5-9 混合壓力分布流場(chǎng)仿真從以上兩張圖可以看到水與氣的混合體積比例約為1/9，即能實(shí)現(xiàn)負(fù)壓噴霧降塵的液氣比為0.1左右，煤塵收集器接口處的負(fù)壓值為0.9MPa左右（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)

21、大氣壓）5.2.3 負(fù)壓捕塵系統(tǒng)的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)1）設(shè)計(jì)要求：（1）關(guān)于計(jì)算前的若干設(shè)定：動(dòng)力源水壓P選擇為0.510MPa；噴嘴口直徑D為5mm；處理風(fēng)量Q為5294.7m3/min。（2）除塵效率達(dá)98%。2）根據(jù)根據(jù)質(zhì)量守恒連續(xù)方程、噴射器實(shí)驗(yàn)基本性能曲線和經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行以下分析計(jì)算：（1）設(shè)高速流體從噴嘴中以V1速度噴出，帶動(dòng)接受管中流體以V2流出，設(shè)兩者為同一流體。兩股流體在等直徑的喉管中混合，在喉管出口處的速度以V3計(jì)算。根據(jù)質(zhì)量守恒連續(xù)方程知：A1V1+（A3-A1）V2=A3V3，并設(shè)氣（煤塵）、水兩相流為控制體，取A1斷面噴嘴口直徑為5mm，V1=31.3m/s，V3斷面喉管直徑

22、為57mm。經(jīng)分析計(jì)算選擇喉管出口速度V3=，并將相應(yīng)參數(shù)代入得V3=32.66m/s。（2）喉管直徑D1的確定：從空氣動(dòng)力學(xué)考慮。式中：設(shè)V0=V3喉管流速，m3/s，取Q0處理風(fēng)量取294.7m3/min。經(jīng)分析計(jì)算得：57（mm）。（3）喉管長(zhǎng)度L2=4D1=4×57=228mm。（4）喉嘴距Lc=3.5d1=3.5×5=17.5。式中噴嘴直徑d1取5mm。（5）漸縮管4大端直徑D2=1.58D1=1.58×57=90mm。（6）漸縮管4長(zhǎng)度L1=1.7（D2-D1）=1.7（90-57）=56mm。（7）漸擴(kuò)管7大端直徑D4=1.8D1=1.8×

23、57=103mm。（8）漸擴(kuò)管7長(zhǎng)度L4=4（D4-D1）=4×（103-57）=184mm（漸擴(kuò)管的均勻擴(kuò)散角=58º）。（9）噴嘴的耗水量，m3/s。式中：d0噴嘴口直徑，m；w水的密度，kg/m3；pw噴嘴入口處水壓，Pa；kw噴嘴耗水量系數(shù)。取d0=5×10-3m；w=1000kg/m3；pw=0.5×106Pa；kw=0.3。經(jīng)計(jì)算得：Qw=11.17L/min。5.2.4 噴嘴的受力分析和強(qiáng)度校核1）噴嘴的形式選擇噴嘴一般可分為收縮錐形、流線形和孔板等形式，在此采用流線形。設(shè)噴嘴口直徑為d，噴嘴出口處有一圓柱段，其長(zhǎng)度與噴嘴出口直徑有關(guān)，則長(zhǎng)

24、度為0.25d，取d=5mm時(shí)，則長(zhǎng)度為0.25×5=1.25mm。2）噴嘴的材料選擇和壁厚確定噴嘴的外殼材料選用45#鋼，屈服強(qiáng)度s=36kgf/mm2，取噴嘴的外殼內(nèi)徑為30，動(dòng)力源水壓為510MPa根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)理論、強(qiáng)度狀態(tài)理論分析：若在噴嘴的外殼上以縱橫兩組平面切出單元體，則該單元體受到兩個(gè)方向的拉伸，各截面上均無(wú)剪應(yīng)力，作用在橫斷面上的和縱斷面上的都是主應(yīng)力，在單元體的第三個(gè)方向上，因作用在內(nèi)壁上的水壓和外壁上的大氣壓都遠(yuǎn)小于和，可以認(rèn)為等于零，所以噴嘴外殼應(yīng)力可按二向應(yīng)力狀態(tài)考慮。（1）從靜載荷考慮橫截面上應(yīng)力計(jì)算噴嘴外殼壁厚：根據(jù)塑材料許用應(yīng)力和安全系數(shù)、軸向拉伸或壓縮

25、時(shí)的強(qiáng)度條件，并將相應(yīng)參數(shù)代入得：噴嘴外殼壁厚t=0.265（mm）。（2）以噴嘴筒壁的縱向截面上應(yīng)力“計(jì)算噴嘴外殼壁厚：根據(jù)塑材料許用應(yīng)力和安全系數(shù)、軸向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度條件，并將相應(yīng)參數(shù)代入得：噴嘴外殼壁厚t=0.531（mm）。（3）從動(dòng)載荷考慮噴嘴筒壁的縱向截面上應(yīng)力“計(jì)算噴嘴外殼壁厚：根據(jù)在工作過(guò)程中控制水閥頻繁開啟，可能產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，取動(dòng)載系數(shù)ka=8，現(xiàn)建立在動(dòng)載荷情況下塑材料許用應(yīng)力和安全系數(shù)、軸向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度條件，并將相應(yīng)參數(shù)代入得：噴嘴外殼壁厚t=4.249（mm）。5.2.5 供水管路系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)綜放面負(fù)壓捕塵裝置的降塵效果與供水管路系統(tǒng)密切相關(guān)，所以必須對(duì)液

26、壓支架放煤口負(fù)壓捕塵裝置供水管路系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）噴嘴：綜放工作面液壓支架架間設(shè)噴嘴2個(gè)，支架前探設(shè)噴嘴一個(gè)流量均為5L/min，放煤口設(shè)噴嘴一個(gè)流量為11L/min，綜放工作面每個(gè)液壓支架供水量，按水壓范圍和所設(shè)噴嘴數(shù)目確定為2637L/min；（2）供水系統(tǒng)總壓力損失=P沿1+P沿2+P局2.6MPa；（3）供水管徑確定：泵站至工作面支架選用32鋼絲編織高壓膠管，支架至噴嘴選用13高壓膠管；（4）噴霧泵選型：首選國(guó)產(chǎn)噴霧泵PB-320/63型，其理論流量為320L/min，額定壓力為6.18MPa；支架放煤口放煤、移架自動(dòng)供水工作原理主要用聯(lián)動(dòng)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，支架放煤時(shí)，

27、收縮放煤千斤頂油路中分出一股乳化液進(jìn)入聯(lián)動(dòng)閥閥座的千斤頂收縮油孔后，打開控制水路的閥芯，使噴霧水接通，放煤口放煤和負(fù)壓降塵裝置開始工作，放煤完畢放煤千斤頂伸出關(guān)閉放煤口，此時(shí)，放煤千斤頂伸出時(shí)油路中分出一股乳化液進(jìn)入聯(lián)動(dòng)閥閥座的放煤千斤頂伸出油孔口，使控制水路的閥芯關(guān)閉，從而關(guān)閉了水路，支架放煤口降塵自動(dòng)供水就此完成。移架自動(dòng)噴霧的原理也是利用升柱和降柱時(shí)的乳化液來(lái)控制水路閥芯來(lái)達(dá)到自動(dòng)噴霧的目的。5.2.6 控制煤塵飛揚(yáng)擴(kuò)散所需風(fēng)量1）確定吸塵罩大小和位置的原則：對(duì)于控制液壓支架放煤口煤塵的設(shè)計(jì)要求，主要在液壓支架放煤口吸塵罩外則區(qū)域形成低壓空氣幕，按不完全密閉形式，塵源在吸塵罩外則利用吸風(fēng)

28、速的控制粉塵飛揚(yáng)，因粉塵控制區(qū)域吸入風(fēng)速與吸塵罩口距離有關(guān)，并隨粉塵控制區(qū)域與罩口距離的平方而衰減，吸塵罩口形式、大小及安裝位置方法，可根據(jù)放頂煤液壓支架的架型參數(shù)和放煤口的空間位置來(lái)確定。2）吸塵罩口的速度場(chǎng)圓形吸塵罩口，其速度場(chǎng)計(jì)算與罩口有無(wú)擋板關(guān)系密切，在此按有擋板考慮。根據(jù)公式：ux=。式中ux表示距罩口xm處的風(fēng)速，m/s；A表示罩口斷面積，m2；u0表示罩口處風(fēng)速，m/s；根據(jù)上述負(fù)壓集塵器幾何參數(shù)與空氣動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算：取A=0.12585m2，罩口處風(fēng)速u0=6.62m/s，根據(jù)ux=，經(jīng)計(jì)算得：距吸塵罩口0.5m處的風(fēng)速ux=0.5=0.42m/s；距吸塵罩口0.2m處的風(fēng)速u

29、x=0.2=0.67m/s。3、負(fù)壓捕塵裝置吸罩口所需風(fēng)量根據(jù)求要捕捉粉塵風(fēng)速，可近似計(jì)算所需風(fēng)量：依據(jù)風(fēng)量計(jì)算公式：Q=0.75×（10x2A）ux，m3/s；式中：x粉塵與吸塵罩口距離；A表示距罩口斷面積，m2；ux表示距罩口xm處的風(fēng)速，m/s；取x=0.5m、A=0.12585m2、ux=0.5=0.42m/s。代入風(fēng)量計(jì)算公式：Q=0.75×（10x2A）ux，經(jīng)計(jì)算得：距吸塵罩口0.5 m處所需風(fēng)量Q=50m3/min；當(dāng)取x=0.2m時(shí)，經(jīng)計(jì)算得：距吸塵罩口0.2m處所需風(fēng)量Q=16m3/min。5.2.7 應(yīng)用效果通過(guò)實(shí)施綜放支架放煤口負(fù)壓捕塵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了放

30、煤口負(fù)壓捕塵裝置的自動(dòng)工作；負(fù)壓噴霧的液氣比控制在10%12%以下；噴嘴出口霧流速度3040m/s；水壓在12MPa以上時(shí)霧流速度可達(dá)40m/s以上；放煤口的粉塵濃度可降低8085%；在不高的水壓（8MPa）條件下，降塵率可達(dá)70%以上，若條件許可，再提高水壓，降塵率可達(dá)到80%的要求。5.3 噴霧泵配套旋流過(guò)濾器的應(yīng)用5.3.1 原始過(guò)濾器存在的問(wèn)題由于水資源的匱乏，所用的噴霧水源為礦井水經(jīng)地面沉降、過(guò)濾凈化后的復(fù)用水。由于水質(zhì)問(wèn)題，噴霧降塵所用的噴嘴經(jīng)常發(fā)生堵塞，影響防塵工作的正常進(jìn)行。采用地面凈水器和沉淀池凈化，由于水的用量較大，水沒(méi)有足夠的時(shí)間沉淀及流動(dòng)沖擊作用，處理后的水雜質(zhì)含量很高

31、，不宜直接用于水噴霧，凈水器體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只適用于地面水源凈化，且井下防塵用水管道經(jīng)常拆裝等原因，雜質(zhì)煤粉等不可避免進(jìn)入管道，造成噴嘴堵塞問(wèn)題。因此在井下噴霧之前必須安裝水凈化處理裝置。以往單純的網(wǎng)式、線隙式、燒結(jié)式過(guò)濾器，若采用細(xì)目濾芯，使得空間受到限制，過(guò)濾面積小，阻力損失大，濾芯易堵塞；若采用粗目濾芯，細(xì)顆粒物雜質(zhì)濾不掉，不能解決噴嘴堵塞問(wèn)題。煤礦井下噴霧通常使用RG20L型直通過(guò)濾器，其主要缺陷是：（1）儲(chǔ)存濾物的空間??；（2）較大顆粒物受水流作用易附著在濾網(wǎng)上，影響過(guò)濾器的過(guò)水能力，增大了壓力損失，影響霧化效果；（3）大量雜物一直在濾網(wǎng)附近受水流沖擊，部分懸浮物易通過(guò)濾網(wǎng)，使噴嘴

32、發(fā)生堵塞的可能性增加；（4）靠濾網(wǎng)過(guò)濾，濾網(wǎng)網(wǎng)孔大，過(guò)濾效果差；濾網(wǎng)網(wǎng)孔小易堵塞，影響過(guò)水能力，增加維護(hù)工作量；（5）因采用反沖法清除濾網(wǎng)上的懸浮物，需停止正常供水，影響生產(chǎn)，操作麻煩4。5.3.2 新式旋流過(guò)濾器的開發(fā)及優(yōu)勢(shì)1）開發(fā)及結(jié)構(gòu)特征煤礦生產(chǎn)中普遍使用的與井下噴霧泵配套的過(guò)濾器組主要由鍛壓或焊接成型的圓筒殼體、濾網(wǎng)、排污口組成。由于沒(méi)有擋塵措施，且進(jìn)水口在過(guò)濾器的底部，沒(méi)有沉淀過(guò)程和存儲(chǔ)空間，顆粒物及懸浮物等雜質(zhì)不能有效沉淀，濾芯堵塞問(wèn)題嚴(yán)重，過(guò)濾器不能正常工作。新式旋流過(guò)濾器以旋流式沉淀除塵為主，網(wǎng)式過(guò)濾為輔。能快速排污的旋流過(guò)濾器。該旋流過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)是，將過(guò)濾器的圓筒式殼體適當(dāng)加

33、長(zhǎng)，過(guò)濾器進(jìn)水口位于殼體的上部三分之一處，且由切線方向進(jìn)入，在殼壁對(duì)水流施加的向心力的作用下，在器內(nèi)形成旋流，使水中雜質(zhì)在離心力的作用下甩向筒壁，并靠自重而沉淀。為了加速雜質(zhì)的沉淀，在過(guò)濾器殼體內(nèi)壁設(shè)置了3至4塊圓環(huán)錐形擋塵板，擋塵板與殼體軸線的夾角為30°60°，大口朝上，上周邊與殼體內(nèi)壁焊在一起。擋塵板既可防止雜質(zhì)上浮，又給雜質(zhì)一定的向下重?fù)袅?，且降低過(guò)濾器下部水的旋轉(zhuǎn)速度，加速雜質(zhì)沉淀，使濾罩處的雜質(zhì)減少，濾網(wǎng)不易堵塞。為了提高噴霧用水的霧化效果，可將圓環(huán)錐形擋塵板用磁化鋼板制成5。如下圖5-10所示為旋流過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5-10 旋流過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)剖面示意圖1進(jìn)

34、水口；2殼體；3濾罩；4出水口；5端蓋；6檔塵板；7排污閥；8排污管由于過(guò)濾器進(jìn)水口與排污口之間有三分之二殼體長(zhǎng)度的沉淀空間，使雜質(zhì)能形成一定的沉降過(guò)程和儲(chǔ)存能力，有利于雜質(zhì)的沉淀和儲(chǔ)存。將過(guò)濾器底部靠近排污口三分之一設(shè)計(jì)成圓錐體形，便于雜質(zhì)沉淀在一起，以利于排污。為了提高濾網(wǎng)的過(guò)濾面積和抗沖擊能力，將濾網(wǎng)附著在圓柱形的剛性框架上，形成過(guò)濾罩，增大了濾網(wǎng)的過(guò)濾面積，降低了噴霧用水的阻力損失，并使濾網(wǎng)的使用壽命大大延長(zhǎng)。2）旋流過(guò)濾器的優(yōu)勢(shì)旋流過(guò)濾器主要技術(shù)特征是以旋流沉降為主，網(wǎng)式過(guò)濾為輔，并能不停水排污。水流在圓筒形過(guò)濾器殼體內(nèi)部以切線方式進(jìn)入，在殼壁對(duì)水流施加的向心力的作用下，在器內(nèi)形成旋

35、流。在旋流產(chǎn)生的離心力、過(guò)濾器內(nèi)的圓環(huán)錐形擋板和雜質(zhì)自重的作用下，使雜質(zhì)沉降于過(guò)濾器下部的錐形儲(chǔ)存空間內(nèi)，用下端的排污口在不停止供水的情況下定時(shí)排污。過(guò)濾器上部過(guò)濾網(wǎng)對(duì)比重較小不能沉降的雜質(zhì)起到進(jìn)一步過(guò)濾的作用。噴霧配套的旋流過(guò)濾器技術(shù)在潞安集團(tuán)各礦進(jìn)行了推廣應(yīng)用，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。它與煤礦井下傳統(tǒng)使用的網(wǎng)式直通過(guò)濾器比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 靠旋流作用可過(guò)濾掉一些濾網(wǎng)不能濾掉的細(xì)微雜質(zhì)，過(guò)濾性能明顯提高；（2） 減少了濾網(wǎng)的過(guò)濾承載量，使濾網(wǎng)不易堵塞和損壞，且更換簡(jiǎn)便，維修方便，延長(zhǎng)了過(guò)濾器的使用壽命；（3） 濾網(wǎng)罩為柱狀體，過(guò)濾面積大和濾網(wǎng)堵塞程度的降低使得過(guò)濾器壓力損失

36、降低，提高了工作點(diǎn)的霧化效果；（4） 排污方便，無(wú)須停水排污，一般不需反沖法清洗，不影響生產(chǎn)。5.3.3 新式旋流過(guò)濾器的應(yīng)用FXG-I型旋流過(guò)濾器首先應(yīng)用于潞安礦區(qū)王莊煤礦1303下運(yùn)工作面。該工作面位于山西組3#煤層，煤層埋藏深度為200m，煤層厚度7.08m，傾角3.4°5.06°，硬度f(wàn)=13，工作面涌水量20m3/h。工作面長(zhǎng)度182m，推進(jìn)長(zhǎng)度為130m，采煤方法為走向長(zhǎng)壁全部垮落法，分層綜采，開采下分層。采煤機(jī)為MXA-300型，支架為ZY-35型液壓支架，作業(yè)形式為兩采一準(zhǔn)，日循環(huán)為8個(gè)，循環(huán)產(chǎn)量434.89T，平均日產(chǎn)量3135T。FXG-I型過(guò)濾器安裝在

37、王莊礦1303工作面運(yùn)輸巷的電器列車上，主要擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)載點(diǎn)、破碎機(jī)、機(jī)頭轉(zhuǎn)載點(diǎn)和采煤機(jī)、支架噴霧用水系統(tǒng)的過(guò)濾。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴霧用水量為110L/min，供22個(gè)噴嘴噴霧之用，每個(gè)噴嘴流量為5L/min。在過(guò)濾器安裝前，歸過(guò)濾器頂蓋密封圈進(jìn)行了加工改造，并加工制造了過(guò)濾器進(jìn)水口，出水口連接件，以便于按照壓力表、流量表等測(cè)試儀器和便于取水樣。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)見下表5-2。表5-2 旋流過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)工作壓力（MPa）流量（L/min）旋流圓筒直徑（mm）旋流圓筒高（mm）進(jìn)水口與出水口高差（mm）進(jìn)、出水口直徑（mm）重量（kg）13.51005273257005005035進(jìn)水口連接件是由2

38、寸鋼管、2寸球形截止閥、壓力表座及表座上的25閥門組成。過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)及在管路中的安裝示意圖如下圖5-11：圖5-11 旋流過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)及安裝示意圖1過(guò)濾器外殼；2過(guò)濾器進(jìn)水口；3過(guò)濾器出水口；4過(guò)濾器排污口；5排污口閥門；6進(jìn)水膠管；7壓力表；8壓力表座閥門；9壓力表座；10流量表；11球形截止閥；12出水膠管；13電氣列車5.3.4 新式旋流過(guò)濾器的應(yīng)用效果為考察新式旋流過(guò)濾器的應(yīng)用效果，應(yīng)先對(duì)其壓力、流量等相關(guān)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。1）壓力及阻力測(cè)定在過(guò)濾器進(jìn)水側(cè)和出水側(cè)的壓力表座上分別安裝上2.5MPa的壓力表，打開表座上的閥門，在過(guò)濾器正常工作狀態(tài)下，過(guò)濾器進(jìn)、出水側(cè)的壓力分別為1.6MP

39、a和1.58MPa；其壓力損失0.02MPa，在關(guān)閉出水側(cè)閥門的狀態(tài)下，其噴霧水的靜壓力為1.85MPa。2）流量測(cè)定在正常工作狀態(tài)下，即所擔(dān)負(fù)噴嘴都噴霧的情況下，實(shí)測(cè)過(guò)濾器的流量為115L/min。由以上壓力和流量的測(cè)定可以看出，因該旋流過(guò)濾器的濾網(wǎng)罩的結(jié)構(gòu)為圓臺(tái)式，使其過(guò)濾面積大大增加，因而所造成的壓力損失很小。流量和壓力均能滿足噴霧用水的要求，水壓對(duì)過(guò)濾網(wǎng)也不會(huì)造成破壞作用。3）取水樣化驗(yàn)取水樣方式為：（1） 進(jìn)水側(cè)和出水側(cè)水樣是由軟膠管將壓力表座與塑料水壺連接起來(lái)，打開表座上的閥門，每次取三分之一，間隔為20分鐘，分三次取夠一個(gè)水樣5L，以盡可能使水樣具有普遍性。（2） 排污口的水樣是

40、用軟膠管將排污口與塑料水壺連接起來(lái)，打開排污口上的閥門，一次取夠一個(gè)水樣5L，以盡可能取到排出的污物。第一次取樣工作于10月17日下午完成，過(guò)濾時(shí)間（即上次排污與本次排污的間隔時(shí)間）為4天，分別對(duì)過(guò)濾器出水側(cè)、進(jìn)水側(cè)和排污口取樣3個(gè)，24小時(shí)之內(nèi)送往中國(guó)輻射防護(hù)研究院柯菱環(huán)境技術(shù)公司分析化驗(yàn)。第二次取水樣時(shí)間為10月30日，過(guò)濾時(shí)間為2天。第三次取水樣時(shí)間為11月8日，過(guò)濾時(shí)間為7天。在此次對(duì)排污取樣時(shí)，因連接軟管破裂，沒(méi)有取到排污水，在污水排出后，所取到的3#水樣仍為進(jìn)水側(cè)水樣。同時(shí)在與高工作面鄰近的采用同一水源的13通52水平大巷，對(duì)所使用的直通式過(guò)濾器的進(jìn)水和出水進(jìn)行了取樣。三次取得的水

41、樣分析化驗(yàn)結(jié)果及對(duì)比情況見下表5-3。表中，樣品1#、2#、3#分別為旋流過(guò)濾器出水、進(jìn)水、排污水樣。4#、5#分別為直通式過(guò)濾器的出水、進(jìn)水水樣。表5-3 取水樣化驗(yàn)分析對(duì)比表過(guò)濾器形式取樣時(shí)間過(guò)濾時(shí)間（天）水樣編號(hào)懸浮物濃度（mg/L）過(guò)濾降低值（mg/L）最大粒徑（m）過(guò)濾效果（%）濾網(wǎng)目數(shù)（目）旋流式10月17日48.903.125.838012.0438.81710月30日212.49.844.148022.2503.85.611月8日740.3714.88047.34.6直通式118.316.57804）結(jié)果分析（1）過(guò)濾效果隨過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)而降低從分析化驗(yàn)結(jié)果（圖5-12）來(lái)看，在過(guò)濾器排污間隔時(shí)間（過(guò)濾時(shí)間）為2天的情況下，進(jìn)水側(cè)與出水側(cè)懸浮物濃度分別為22.2mg/L和12.4mg/L，過(guò)濾效果為44.14%；過(guò)濾時(shí)間為4天時(shí)，進(jìn)水側(cè)與出水側(cè)懸浮物濃度分別為12.0mg/L和8.9mg/L，過(guò)濾效果為14.8%，過(guò)濾效果隨過(guò)濾時(shí)間的變化規(guī)律如下圖所示。在及時(shí)排污的情況下，過(guò)濾效果較理想，隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)，過(guò)濾效果越來(lái)越差；最佳過(guò)濾時(shí)間，即排污間隔時(shí)