滾筒采煤機外噴霧降塵技術

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上滾筒采煤機外噴霧降塵技術摘要：在煤礦開采過程中,會產(chǎn)生大量煤塵，當井下空氣中飛揚的煤塵達到一定濃度時，會發(fā)生猛烈的爆炸，給工人人身安全造成嚴重的威脅，煤礦生產(chǎn)中80%的粉塵產(chǎn)自采掘工作面，傳統(tǒng)的采煤機防塵由于壓力不足，導致降塵效果差，因此，改進采煤機外噴霧，通過fluent軟件來確定最適的噴霧壓力、角度等參數(shù)，使其達到最佳的降塵效果。關鍵詞：外噴霧、二次負壓、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重，采煤工作面產(chǎn)塵量占礦井總產(chǎn)塵量45%80%【1】，采煤機割煤時產(chǎn)塵是綜采面最主要的塵源，其粉塵產(chǎn)塵量

2、占整個采煤工作面產(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1000-3000mg/m3【2】，所以綜采工作面粉塵的控制應以采煤機滾筒為中心，通過改變以往采煤機的外噴霧裝置，采用高壓噴霧，在燕子山礦8204綜采三隊采煤機安裝二次負壓降塵裝置，主要針對采煤機滾筒割煤時產(chǎn)生的渦旋風流塵源點，利用高速噴射的水霧形成的負壓產(chǎn)生的渦旋高速漩渦風流【3】，將其吸收并凈化，從而達到降塵的效果。1、采煤機割煤產(chǎn)塵過程目前，常見的采煤機工作面的滅塵、降塵措施有外噴霧和內(nèi)噴霧兩種，現(xiàn)代采煤機大都采用內(nèi)、外噴霧相結(jié)合的方法。一般采煤機的噴霧系統(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：一是水進入機組總水門后分兩路，一路不減壓而直接供內(nèi)噴霧，另一路減壓后供外噴霧；二是水進入機組總水門后，一路經(jīng)減壓后進入電機冷卻器，另一路進入牽引部冷卻器，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系，供水壓力不能小于一定值，否則達不到霧化效果。而電動機的耐水壓力一般不超過 2.2 MPa，這就造成了采煤機冷卻和噴嘴霧化的矛盾。因此由于噴霧壓力低，以及采煤時風流受到采煤機的阻礙，前滾筒的高速旋轉(zhuǎn)和逆風噴霧的原因，在采煤機前端產(chǎn)生強烈的渦流，使大量高濃度含塵氣流擴散到采煤機司機的作業(yè)空間，給煤機司機和下風流作業(yè)的人員造成嚴重危害【5】。2、外噴霧降塵裝置的改進及參數(shù)的確定2

4、.1 外噴霧降塵裝置的改進粉塵危害是煤礦生產(chǎn)的六大災害之一，礦井生產(chǎn)時產(chǎn)生的粉塵彌漫在整個工作空間，它們在整個工作面飛揚，使井下的空氣遇到嚴重的污染，不僅危害工人的身體健康，也破壞了設備的工作環(huán)境，加速機械的磨損，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，霧粒運動高速、霧粒密度大、霧粒射程遠、耗水量小、覆蓋面積大及噴嘴不易堵塞等顯著優(yōu)點，能夠很好的滿足高校降塵的要求，特別是對細微粉塵【8】。燕子山礦在石炭系8204綜采三隊正常生產(chǎn)過程中，經(jīng)測量粉塵濃度高達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,對采煤機司機和支護人員造成嚴重危害。為此需要進一步提高采煤機降塵能力采煤機上對外噴霧技術進行了改進，在不改變原有采煤機降塵裝置的基礎上增設了負壓二次降塵裝置。該裝置主要由高壓水泵、供水自動控制水箱、負壓二次除塵裝置及高壓管路等組成。利用設置在工作面順槽至工作面敷設的高壓管路輸送到布置在采煤機兩端頭上的二次負壓降塵裝置；二次負壓降塵裝置將供給的高壓水，轉(zhuǎn)化成控制采煤機滾筒割煤產(chǎn)塵的就地凈化、阻止和減少粉塵向外擴散【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：降塵裝置在采煤機的安裝平面示意圖圖4：降塵裝置在采煤機的安裝平視示意圖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滾筒上，形成阻礙塵源向采煤空間擴散的高壓氣霧屏障【11】，由于水霧的負壓作用，降塵裝置周圍產(chǎn)生很強的負壓場，可將采煤機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 二次負壓除塵裝置安裝在采煤機的端頭，它噴射的水霧應該將滾筒的截割粉塵區(qū)域覆蓋，二次負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滾筒到二次負壓除塵裝置距離有關。由于二次負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壓除塵裝置降塵效果的關鍵因素。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。降塵效果越好。但較高的水壓帶來的問題是能耗大，對設備要求較高。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軟件建立二次負壓除塵裝置模型如圖5，并設定邊界條件，噴嘴的壓力從212MPa變化，間隔1MPa，取每個結(jié)果在距離二次負壓除塵裝置為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)域的關系如圖7。圖5：二次負壓除塵裝置模型圖6：噴射效果數(shù)值計算 圖:7：噴射壓力與覆蓋區(qū)域的關系 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)試驗結(jié)果二次負壓除塵裝置的壓力應設在26MPa之間最好，覆蓋區(qū)域能夠達到滾筒的寬度。 2）噴嘴的噴射半角的影響。由于二次負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碰撞到圓筒內(nèi)壁，形成反射同時會影響噴霧效果，如果噴射半角過小，噴出去的寬度不夠，浪費可用空間。 利用fluent軟件建立二次負壓除塵裝置模型圖，并設定邊界條件，改變噴嘴的噴射半角，從1030°變化，間隔5°，測量并

10、記錄每個計算結(jié)果在距離二次負壓除塵裝置為1.5m左右寬度，繪制噴射半角與覆蓋區(qū)域的關系如圖8。圖8：噴射半角與覆蓋區(qū)域的關系 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。二次負壓除塵裝置的噴射半角在20°附近時效果最好。 3）負壓特性研究。同樣在fluent軟件中對噴嘴軌跡及負壓所產(chǎn)生的空氣流動軌跡進行模擬，得出出四個噴嘴所產(chǎn)生的負壓能夠?qū)娮旌蠓酱蟛糠趾蟹蹓m的空氣吸入管壁內(nèi)進行噴霧凈化。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，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行降塵，能達到很好的除塵效果。通過不斷改變所設定的噴嘴的壓力值，模擬仿真出在不同壓力下四個管壁內(nèi)所產(chǎn)生的最低負壓，得出在當噴嘴壓力在小于6MPa時，管壁內(nèi)負壓隨著噴嘴壓力值得增加而增長得最快，在6MPa之后負壓值增長已很緩慢，主要原因是結(jié)構(gòu)決定的，當噴嘴壓力升高，雖然噴射速度加大，但是由于噴嘴后部的進氣斷面較大，空氣被迅速吸進來，也就不會產(chǎn)生更高的負壓，也就是說他的負壓吸附能力也就不會增加了。所以要在此中結(jié)構(gòu)下，噴嘴噴霧壓力可以設定在46MPa。綜合以上分析，二次負壓除塵裝置要想獲得較好的負壓，噴嘴噴霧壓力可以設定在46MPa，它的變化趨勢為隨著壓力升高負壓升高。根據(jù)覆蓋產(chǎn)

12、塵情況的噴霧壓力應設定在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壓除塵裝置的壓力應設定在6MPa左右。根據(jù)對噴射半角的影響分析二次負壓除塵裝置的噴射半角在20°附近時效果最好。2.4 使用效果通過對采煤機外噴霧降塵裝置的改進后降塵效果顯著，特別是割煤工序和司機位降低幅度較大，改進前后我們分別對8204綜采工作面割煤、司機位、回風等測點進行了粉塵濃度測定，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)割煤司機位移架回風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)割煤司機位移架回風120720521662223618719463324317623368423618221958平均23018721662 從表1，表2可以看出，通過對采煤機外噴霧降塵裝置的改進后，有關測點粉塵濃度都有所下降，特別是割煤工序和司機位降低幅度較大，分別達到70%和68%。3、總結(jié) 通過對原采煤機的外噴霧系統(tǒng)進行改進，并通過Fluent軟件仿真進行模擬，確定其最適參數(shù)，使割煤工序和司機位粉塵濃度大幅降低，改進后的高壓外噴霧裝置（負壓二次降塵裝置）適合我國煤礦

14、井下各種類型采煤機使用的高效除塵系統(tǒng)，具有特點：整套系統(tǒng)控塵能力強，使用方便、維護簡單；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，方便煤礦井下運輸；供水自動控制水箱適應供水壓力高，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；負壓二次除塵裝置同時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、維護容易，能夠?qū)崿F(xiàn)對采煤機割煤產(chǎn)塵的有效控制【13】。采煤機負壓二次降塵技術主要針對綜采工作面等機械化程度相對較高、產(chǎn)塵量大、粉塵治理相對困難等技術難點而研制,是對采煤機內(nèi)外噴霧降塵效果的又一補充和完善,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、維護簡單,其推廣和應用前景非常樂觀。參考文獻：【1】吳瓊.綜采工作面噴霧降塵機理及高壓降塵噴嘴改進研究D,阜新:遼寧工程技術大學,2007:3.【2】王煒,胥奎.高瓦斯礦井綜采工作面粉塵防治技術探討J,煤炭工程,2009(6):52.【3】呂自強.高壓引流噴射器設計J.煤礦現(xiàn)代化,2008,總(8):47.【4】沈樹林,王開松.采煤機煤塵防治措施的改進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現(xiàn)狀與發(fā)展J,能源技術與管理,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.礦井災害防治理論與技術M.徐州:中國礦業(yè)學院出版社.1996.【8】冉松河.梁北煤礦采掘工作面粉塵綜合防治技術J,中州煤炭,2009,總(166):84.【9】楊勝來.綜采工作面粉塵運移和粉塵濃度三維分布的數(shù)值模擬研究J.中國安全科學學報,2001(8)【10】張延松.高壓噴霧極其在煤礦井下粉塵防治中的應用J,重慶環(huán)境科學,1994(12).【11】歐陽廣斌,錢高峰.煤礦采掘工作面綜合降塵技術裝備的應用