B090411 综掘工作面喷雾降尘技术分析.doc

综掘工作面喷雾降尘技术分析

钟廷盛
[山西焦煤集团公司屯兰矿，山西古交030206]

摘要在分析综掘工作面降尘技术的基础上，介绍了综掘工作面中主要的喷雾降尘技术的机理、分析了影响喷雾降尘效果的主要因素，并提出了相应的解决方法，对提高综掘工作面喷雾系统的设计及提高降尘效果有显著的意义。
关键词综掘工作面降尘喷雾
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煤矿井下掘进工作面作为综采工作的前期开拓工作面，它的产尘量占到井下总尘量的三分之一以上，井巷的开拓掘进工作面以其尘源分散、粉尘分散度高的特点，成为井下防尘的重点。

1粉尘的产生及危害

综掘工作面的粉尘是指弥漫在综掘工作面范围内，能够较长时间呈悬浮状态的微小粉尘颗粒。粉尘主要来自截割过程中截齿与煤壁接触挤压形成密实核，密实核破碎而成粉尘状掉落下来形成的煤尘，降落的煤尘随着截割滚筒的旋转而飞扬，进入运动的气流中扩散；在工作面通风、切割头旋转及煤下落形成的风流作用下也会产生粉尘，这些粉尘呈悬浮状态随着工作面风流扩散；在掘进机装载、转运过程中也会产生大量的岩尘和土尘。如果不在产尘源及时灭尘，则会使煤尘充斥整个巷道，在整个综掘工作面上百米巷道中造成很严重的煤尘污染。
九十年代以来，随着高产高效工作面被广泛推广应用，综掘技术迅猛发展。由于综掘工作面环境的特点，掘进迎头为—“堵头”，风流遇煤壁后折回，携带大量粉尘吹向掘进机，致使粉尘在整个工作面飞扬，空气遭到严重污染，严重危害矿工的身体健康（煤矿肺尘患者中85%以上发生在掘进工作面）、加速掘进机械的磨损、降低掘进机司机的视觉能见度而增加事故发生几率，当直径小于0.75～1.0mm的煤尘达到一定浓度时很容易引起煤尘爆炸。
掘进工作面的防尘一直是井下防尘的重点。由于掘进作业的特殊性，许多可以在综采工作面应用的除尘技术并不适合综掘工作面。从掘进机的产尘机理分析中可以看出，最好的防尘技术措施应针对粉尘的形成处，即在截割煤炭时，减少粉尘的形成，其次是尽可能地在粉尘的形成点就近使粉尘凝聚。

2降尘技术分析

掘进工作面降尘技术通常采用的降尘方式可归纳为两大类：干法除尘与湿法除尘。
干法除尘是采用集尘器收集粉尘，然后进行清除。集尘器的原理大多采用文丘里原理，即让高速风流或者水流通过特定的变截面装置形成的负压，达到吸尘的目的。对于收集到的含尘气流也有多种处理方式，如重力沉降、静电吸附、活性碳吸附等。常见的干式除尘装置有重力沉降室、旋风除尘器、布袋除尘器、静电除尘器等，各针对不同粒径的尘粒具有很高的除尘效率，但是干式除尘大多采用集尘方式工作，并且只能应用于特定环境中，难以在综掘工作面推广使用。
湿式除尘的工作介质大多采用水雾。对湿式除尘的研究与应用也比较多，将磁、声、电等领域的新技术引入喷雾降尘的研究，出现了许多高效、先进的喷雾降尘技术，如声波雾化技术、磁化水降尘技术、预荷电喷雾降尘技术以及高压喷雾降尘技术。虽然有些技术离推广适用还有一定距离，但是对它们的研究正在取得不断的进展。
从煤矿生产的环保趋势和目前降尘技术的应用方向来看，煤矿井下包括综掘综采工作面的降尘技术的研究将向自动化和细微化（不大于5μm的可呼吸尘）方面发展。基于就近降尘的原则，机头喷雾降尘的降尘效率最高，故掘进工作面大都采用此方法降尘。因而，对掘进工作面喷雾降尘机理及喷雾降尘主要影响因素的分析研究，对提高掘进工作面喷雾系统设计及提高降尘效果有显著的意义。

3喷雾降尘技术

3.1喷雾降尘机理
常规喷雾除尘形式为：重力沉降、惯性碰撞、惰性凝结、扩散捕集。喷雾喷出的雾状液体与固态尘粒的惰性凝结使尘粒湿润，自重增加而沉降，产生凝聚作用。当风流携带尘粒向水雾粒运动并离开雾粒不远时，就要开始绕流水雾运动。风流中质量较大，颗粒较粗的尘粒因惯性的作用会脱离流线而保持向雾滴方向运动。如不考虑尘粒的质量，则尘粒将和风流同步，因尘粒有体积，粉尘粒质心所在流线与水雾的距离小于尘粒半径时，尘粒便会与水雾滴接触被拦截下来，使尘粒附着于水雾上，产生拦截捕尘作用。对于细微粉尘，特别是直径小于0.5μm的粉尘，由于布郎扩散作用，可能被水雾粒捕集，产生扩散捕集。喷雾降尘机理如图1所示。

图1喷雾降尘机理示意图
3.2喷雾降尘关键技术分析
对于喷雾降尘来讲，喷雾效果直接影响除尘效果，决定喷雾效果的因素主要有水、喷嘴、喷雾系统的参数和布置。
（1）水的特性对喷雾降尘效果的影响
综掘工作面喷雾系统的工作介质是水。在系统运行过程中，液态水从常压状态，经加压管路或喷雾泵增加到一定的压力，再经雾化喷嘴，将压力液态水雾化，然后水雾以一定的运动规律与煤尘发生碰撞、拦截、扩散和沉降等作用，最后达到降尘的目的。在此过程中，水作为工作