气水射流喷雾除尘技术参数试验优化与应用.pdf

170.江西煤炭科技2023年第3 期气水射流喷雾除尘技术参数试验优化与应用王毅（霍州煤电集团洪洞亿隆煤业有限责任公司，山西洪洞0 416 0 0）摘要：亿隆煤业1#煤煤尘具有爆炸性，为提升综掘工作面降尘效率、保障生产安全，进行气水射流喷雾参数影响因素优化试验，探究最佳的水气比，验证其捕尘效果，并在1-10 3 运输顺槽现场应用，结果表明：气水射流喷雾最佳水气比0.2 5MPa水压、0.4MPa气压，安装该装置后，综掘机司机处及尾部5m、15m 处降尘效率均大于90%,对于截割部粉尘的防控效果良好，保障了掘进工作面的安全高效生产。关键词：综掘工作面；粉尘防治；气水射流喷雾；呼吸性粉尘中图分类号：TD714+.4Experiment Optimization and Application of Air-water Jet Spraying Technical Parameters(Hongdong Yilong Coal Industry Co.,Ltd.,Huozhou Coal and Electricity Group,Hongdong,Shanxi 041600)Abstract:In order to improve the dust reduction efficiency of Yilong Coal Industrys fully mechanized mining face and ensureproduction safety,the optimization test of influencing factors of air-water jet spray parameters has been carried out to explore thebest air-water ratio,verify its dust collection effect,and apply it to the 1-103 transportation gateway site.The results show thatthe optimum water air ratio of air-water jet spray is 0.25 MPa water pressure and 0.4 MPa air pressure.After the installation ofthe device,the dust reduction efficiency at the driver,5 m and 15 m at the tail of the comprehensive excavating machine is morethan 90%,which proves that the dust prevention and control effect at the cutting part is good and ensures the safe and efficientproduction of the tunneling face.Key words:fully mechanized excavation face;dust prevention;air-water jet spraying;respirable dust矿井粉尘不仅危害着井下作业人员的身心健康,且易侵入井下机械设备,增加其磨损，有时甚至导致设备损坏或失灵-2。随着煤矿开采强度的提升，综合机械化技术工艺日益成熟且应用愈加普遍。综掘技术具有掘进效率高、适应性强等特点，但同时伴随着粉尘浓度过高、摩擦火花，存在煤尘爆炸危险，因此综掘工作面的粉尘防治对于矿井的安全生产具有重要意义。综掘工作面截割部降尘工艺一般采用喷雾降尘，通过雾滴与粉尘的碰撞、静电捕尘等作用来进行粉尘的湿润、捕集，应用期间易出现喷嘴损坏、堵塞等问题4-6 ,且水压不稳时降尘效果不理想。而汽水射流喷雾不仅能够较好地捕捉粉尘颗粒，而且能够驱散掘进工作面积聚的瓦斯，对于综掘工作面粉尘、瓦斯等安全隐患的防治具有明显的优势。亿隆煤业煤尘具有爆炸性，为进一步保障综掘工作面的安全高效生产，以1-10 3 工作面掘进施工为例，展开汽水射流喷雾防治截割粉尘技术的研究与应用。文献标识码：AWang Yi1工程概况山西焦煤霍州煤电集团亿隆煤业1-10 3 工作面位于东梁村南约3 0 0 m处，地表属黄土地覆盖，地形较为平坦，地表无河流等水体分布，在工作面前段有东梁村公路和刘家垣镇公路通过。1-10 3 工作面位于一采区右翼的中部，东为设计的1-10 5工作面，南邻万安断层保护煤柱，西邻10 2 回采工作面，北接采区轨道下山巷和回风下山巷，1#煤层总厚1.7 m，煤层平均倾角为5，煤尘具有爆炸性。1-10 3 工作面的运输顺槽、回风顺槽均沿煤层走向布置。2气水射流喷雾对粉尘的防控实验为探究气水射流工艺相关参数对粉尘的影响效果，建立试验装置，主要由粉尘生产装置、气水射流喷雾装置组成。粉尘发生装置由压力泵、粉尘装载钢罐、粉尘喷射管路组成；气水射流喷雾装置包括喷嘴、供水（气）管路、气水混合器等；实验室现场测定仪器包括风表、卷尺、压力表等，如图1所示。文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 17 0-0 32023年第3 期气水射流喷雾降尘系统主要工作流程：空气压缩机形成高压气流与高压水泵输出的高压水在气水混合器内混合形成两相混合物，经过管路由喷嘴喷射形成气水射流喷雾，喷雾对产尘装置产生的粉尘进行捕集，采用防爆型粉尘浓度测定仪测定粉尘浓度1-2 ,分析降尘效果。由于喷嘴结构对于喷雾降尘效果具有关键作用，在气压0.4MPa、水压0.3 MPa条件下进行喷嘴类型的优选，实验表明采用花型喷嘴在射程、射流速度、雾化角等维度表现优于锥形喷嘴、十字型喷嘴，因此决定本次气水射流喷雾降尘实验采用花型喷嘴。(a)实验初始状态(b)实验进行状态图1气水射流参数实验2.1不同水压喷雾效果实验气压固定为0.3 5MPa，水压范围为0.2 0.35MPa，进行7 组不同水压条件下的气水射流喷雾试验，从射流速度、有效射程、雾化角、耗水量几个方面考察喷雾的效果，整理得到其有效射程、雾化角随着水压的变化规律，如图2 所示。分析可知，在气压固定条件下，有效射程及雾化角随着水压增大均呈现先增大后减小的趋势,水压为0.2 5MPa时有效射程达到峰值，水压为0.2 7 5MPa时雾化角达到峰值，对比射流速度及耗水量的结果，水压为0.2 5MPa时，射流速度达到峰值，耗水量约为1.0L/min，耗水量也相对较小。综合分析表明，0.25MPa水压条件下，喷雾各项参数相对较好，该水压为最佳。江西煤炭科技3=2.82.62.42.221.81.60.20.2250.250.2750.30.3250.35(a)有效射程3432。3028262422200.20.2250.25水压MPa(b)雾化角图2 不同水压条件下有效射程及雾化角变化规律2.2不同气压喷雾效果实验由于水压为0.2 5MPa时喷雾效果最佳,因此设定为0.2 2 5MPa、0.2 5M Pa、0.2 7 5M Pa，气压范围为0.2 50.45MPa，变化梯度为0.0 5MPa,进行不同气压条件下气水射流喷雾实验。同样从有效射程、射流速度、雾化角、耗水量等4个方面对比分析喷雾效果，整理得到其射流速度、耗水量随气压变化规律，如图3 所示。分析可知，在0.2 5MPa水压、0.3 5MPa气压的实验条件下，射流速度相对最大,达到2.3 m/s,随着气压的继续增大,射流速度逐渐减小，气压为0.3 5MPa喷雾效果较好；水压为0.2 2 5MPa、0.2 5M Pa 情况下，耗水量随着气压的增大而逐渐减小,水压0.2 7 5MPa时,耗水量表现为先增大后减小的趋势，且耗水量整体处于较高水平，说明此时喷雾系统主要由液体占据，管道内气体不能与液体充分混合并发挥作用，导致耗水量较大。水压为0.2 5MPa、气压为0.4MPa时，耗水量较小。综合分析可知,0.2 5MPa水压、0.4MPa气压条件下，气水射流喷雾的喷雾参数最优。0.225MPa0.25MPa0.275MPa2.41S/u2.221.81.61.41.2171.水压MPa0.2750.30.3250.350.250.3气压MPa(a)射流速度0.350.40.45172+水压0.2 2 5MPa水压0.2 5MPa+水压0.2 7 5MPa413.52.51.50.500.25图3 不同气压条件下有效射程及雾化角变化规律2.3气水射流喷雾与高压水射流喷雾对比实验为考察气水射流喷雾的捕尘效果，采用上述试验装置进行气水射流喷雾、高压水射流喷雾捕尘试验，粉尘发生装置分别与两种类型的射流装置相连，同时打开粉尘采样仪，采样流量为2 0 L/min，采样时间1min，气水射流喷雾采用0.2 5MPa水压、0.4MPa气压，高压射流喷雾水压为0.5MPa,射流速度为1.8 m/s,整理得到测试结果，如表1所示。分析可知，高压水射流喷雾降尘效率为7 0%左右，而气水射流喷雾降尘效率达到9 0%以上，说明气水射流喷雾的降尘效率很高，且优于原高压水射流喷雾降尘措施。表1气水射流、高压水射流喷雾降尘效率粉尘类型呼尘原始粉尘浓度/(mg/m)966气水射流喷雾/(mg/m）95降尘效率/%）90.2高压射流喷雾/(mg/m)284除尘效率/%70.63理现场应用实验及效果分析3.1试验装置安装在综掘机摇臂上的气水射流喷雾装置主要由喷嘴、气水混合器供水管路等组成。亿隆煤业1-103运输顺槽掘巷期间，在掘进机截割部后方甲板位置安装5个花型喷嘴，两侧的喷嘴分布向两帮偏斜15安装，中部的三个朝正前方安装，供气管路、供水管路共同接入气水混合器，供气压力为0.4MPa，供水压力为0.2 5MPa，气水射流喷雾系统构成及现场安装实物，如图4所示。气水射流喷雾进气口截割头(a)试验系统连接江西煤炭科技0.30.35气压MPa(b)耗水量全尘供气管路气水混合器进水口气水管路2023年第3 期0.40.455644791.717968.3供水管路(b）装置安装实物图4工业应用实验3.2阴除尘效果考察亿隆煤业综掘工作面原降尘措施为除尘风机，在安装气水射流喷雾装置后，采用滤膜计重法测定1-10 3 运输顺槽掘进工作面全尘浓度，采用fc-225型防爆粉尘测量仪进行取样，测尘地点为综掘机司机处、综掘机后方5m、综掘机后方15m，分别测定采用除尘风机作业、气水射流喷雾作业时工作面各处的粉尘浓度，通过计算得到各测尘地点的除尘效率。在无除尘装置条件下，综掘机司机处、综掘机后方5m、综掘机后方15m原粉尘浓度分别为12 50 mg/m1120mg/m1050mg/m,两种除尘措施分别作业条件下，各处的降尘效率如图5所示。原降尘措施条件下，司机处降尘效率仅为2 8%,掘进机后方5m、15m 处降尘效率也仅为40%左右；采用气水射流喷雾降尘时，掘进机司机处降尘效率达到9 0%,掘进机后方5m、15m 处降尘效率也达到9 0%以上，随着与迎头处距离的增加,降尘效果越来越明显。试验结果表明，气水射流喷雾装置对于掘进机截割部粉尘的防控效果良好，为掘进工作面的安全高效生产提供可靠保障。10.90.80.70.60.50.40.30.20.104结语针对综掘工作面截割部产生大量粉尘的问题，进行气水射流喷雾对粉尘防控效果的技术研究，并在亿隆煤业1-10 3 运输顺槽掘进工作面进行工业性试验，得到结论如下：气水射流喷雾装置采用花型喷嘴效果最佳，该系统最（下转17 5页）0.910.900.410.28司机处原始降尘措施气水射流喷雾降尘图5呼吸性粉尘降尘效率对比0.920.42掘进机5m掘进机尾15m2023年第3 期江西煤炭科技175.4结语分析了华阳一矿8 412 进风巷掘进工作面通风除尘现状,采用在巷道两侧均匀布置抽风筒、巷道顶部中间布置压入式风筒、压入式风筒出风口布置附壁风筒的方法优化了工作面通风除尘系统。在不同测点处的除尘率都达到了91%以上，尤图2 附壁风筒实物3.2降尘效果分析应用改进的通风除尘系统以后，利用直读式测尘仪实测的掘进工作面的粉尘浓度，测尘采样流量为2 0 L/min，采样时间为15min，粉尘测点从掘进机司机处开始向后10 m、2 0 m 各布置一个。除尘率按照公式（1)计算。M=10 0%C1式中:为除尘率,%;c为没有降尘措施时的粉尘浓度，mg/m;c为采用综合降尘措施后的粉尘浓度,mg/m。表2 粉尘浓度和除尘效果原始粉尘浓度除尘后粉尘浓度除尘率测点/(mg/m)司机处402.4司机后10 m369.1司机后2 0 m342.8多个测点处的粉尘浓度和降尘率如表2 所示。可以看出，不同测点处的除尘率都达到了91%以上，说明优化了的通风除尘系统能够较好地治理工作面粉尘。其中,在掘进机司机后2 0 m处的粉尘浓度从3 42.8 mg/m降低到了14.1mg/m，除尘率高达9 5.9%，说明附壁风筒形成的旋转风幕对粉尘具有较好的阻隔作用，该点的除尘率比司机处高出了4个百分点。司机处的粉尘浓度从402.4mg/m降低到了3 2.7 mg/m，除尘率达到了91.9%。(上接17 2 页）佳的水汽比为0.2 5MPa水压、0.4MPa气压，气水射流喷雾的降尘效率很高，且优于原高压水射流喷雾降尘措施；1-10 3 运输顺槽掘进工作面采用气水射流喷雾装置后，全尘的降尘效率较原除尘风机作业时显著提高，整体除尘效率达到9 0%以上，改善了掘进工作面作业环境，可在该矿后续综掘工作面推广使用。参考文献：1马云鹏.煤矿井下掘进巷道控尘除尘现状分析与对策.马鞍山：现代矿业，2 0 2 2,3 8（4)：2 2 8-2 3 0.2李旺旺.干式除尘风机在煤矿井下巷道掘进粉尘治理中的应用J.长治：煤,2 0 2 2,3 1(1)：7 9-8 0.其在掘进机司机后2 0 m处，因附壁风筒形成旋转风幕的阻隔作用，粉尘浓度从3 42.8 mg/m降低到了14.1mg/m,除尘率高达95.9%，优化了的通风除尘系统能够较好地治理工作面粉尘。参考文献：1陈贵，王德明，王和堂，等.大断面全岩巷综掘工作面泡(1)沫降尘技术.北京：煤炭学报，2 0 12,3 7(11)：18 59-18 6 4.2张设计，刘勇，周润金，等.掘进工作面粉尘分布规律及控降尘工艺技术试验J.矿业安全与环保,2 0 10,3 7(2)：30-33.3聂文，程卫民，周刚，等.掘进面喷雾雾化粒度受风流扰动影响实验研究J.中国矿业大学学报，2 0 12,41（3)：378-383./(mg/m)/%32.791.920.594.414.195.94彭家兰，王海宁，彭斌，等.矿井通风三维仿真系统及其应用研究J.中国安全生产科学技术,2 0 14,10(1)：12 4-129.5李小川,胡亚非,张巍，等.湿式除尘器综合运行参数的影响J.中南大学学报（自然科学版）,2 0 13,44（2)：862-866.6陈举师,蒋仲安，谭聪.岩巷综掘工作面通风除尘系统的数值模拟.哈尔滨工业大学学报，2 0 15,47(2)：98-10 3.作者简介：解东东（198 5一），男，山西长治人，2 0 0 7 年毕业于山西煤炭管理干部学院通风与安全专业，通风工程助理工程师,科员。收稿日期：2 0 2 2-0 8-2 53黄晓鹏.5150 5顺槽防尘技术方案及应用效果J.江西煤炭科技，2 0 2 2(1)：18 3-18 5.4】陈晨.虎龙沟煤业巷道快速掘进工艺与支护技术实践.江西煤炭科技,2 0 2 2(1)：59-6 1.5刘丁豪.辛置煤矿掘进面粉尘防治技术应用实践J.江西煤炭科技，2 0 2 1(4)：16 0-16 1,16 5.6马军伟.煤矿综掘工作面高效喷雾降尘系统的研究J.内蒙古煤炭经济，2 0 17(11)：2 8-2 9.作者简介：王毅（198 9一），男，山西壶关人,2 0 14年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，工程师，现从事矿井通风管理技术工作，研究方向：矿山通风设备。收稿日期：2 0 2 2-0 6-2 7编辑：彭呈喜编辑：廖文德