气体雾化喷嘴在悬臂式掘进机上的应用

气体雾化喷嘴在悬臂式掘进机上的应用

白雪峰

ApplicationofGasAtomizationNozzleinCantileverExcavator

白雪峰BAIXue-feng（中国煤炭科工集团太原研究院，太原030006）（CCTEGTaiyuanResearchInstitute，Taiyuan030006，China）

摘要院本文针对目前综掘工作面粉尘防治的重要性，介绍了悬臂式掘进机常用的喷雾降尘方法，分析了其在实际生产中的优缺点，通过对气体雾化灭尘机理的研究，提出将气体雾化喷嘴应用于掘进机外喷雾的方案，结合工程实例，取得了良好的降尘效果。

Abstract:Aimingattheimportanceofcomprehensivetunnelingworkingfacedustcontrol,thispaperintroducesthecantilevermachinespraydustmethodsandanalyzestheadvantagesanddisadvantagesinpracticalproduction.Throughthestudyofgasatomizationmechanismofdustextinguishing,itputsforwardapplyinggasatomizationnozzletosprayoutsidethemachine.Combinedwithpracticalengineering,goodeffecthasbeenobtained.

关键词院悬臂式掘进机；喷雾；降尘；气体雾化Keywords:cantileverexcavator；spray；dustfall；gasatomization中图分类号院U455.3+1文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）18-0059-020

引言随着掘进机械化程度的不断提高，巷道掘进方法和工艺向着高产、集约化生产的方向发展，效率不断提高。但是效率的提高也造成了综掘工作面的产尘浓度越来越高，粉尘污染越来越严重，已经成为煤矿的最大污染源。粉尘的大量产生首先会严重危害综掘工作面工人的身体健康。据统计，综掘工作面的粉尘浓度高达5000mg/m3，其中呼吸性粉尘在煤尘中的浓度接近25%左右，在岩巷掘进时，粉尘浓度还会更高，造成的严重后果就是尘肺病人数的急剧增加。另外，粉尘浓度的增加，也存在着煤尘爆炸的隐患，资料显示，煤尘爆炸及煤尘参与的瓦斯爆炸所造成的重大事故占煤矿事故的很大比重，不但造成大量人员伤亡，且严重威胁着矿井安全生产。因此井下工作面粉尘治理是目前一个重要的研究方向。

1常见喷雾降尘系统国内外针对粉尘治理的研究越来越多，总体来看，这些技术或手段可归为两大类：干式除尘和湿式除尘。干式除尘主要采用集尘器收集粉尘，效果较好，但是成本高，体积大，对巷道尺寸要求较高。湿式除尘主要是利用水雾，使其与尘粒接触而分离补集粉尘，有结构简单，成本低，体积小等优点，但是降尘效果不太理想。目前国内综掘工作面大多数采用掘进机喷雾系统来降低粉尘浓度。

掘进机的常见喷雾系统分为内、外喷雾。井下水通过一个总进水球阀后接入掘进机，分为两路，一路通过管路直接从截割头上的喷嘴喷出，称为内喷雾；另一路先经过减压阀减压，再通过冷却器对液压油进行冷却，然后依次通过泵站电机和截割电机的水套，对电机起到冷却作用，最后通过喷嘴喷出，称为外喷雾。内喷雾水路不需要经过减压阀，喷雾压力较高，降尘效果好，在喷雾降尘的同时也可以起到冷却截齿的作用，但内喷雾喷嘴一般布置在截割头靠近齿座的位置，在截割过程中很容易堵塞，而且内喷雾的配水系统也是故障率比较高，因此一般掘进机内喷雾可靠性较差；外喷雾喷嘴一般固定在悬臂段上，离截割头有一段距离，不容易堵塞，但是外喷雾水路要经过电机冷却水套，有耐压设计限制，水压一般在0.5耀1MPa，雾化效果差，不能满足降尘要求。因此对掘进机常规喷雾系统的改进非常重要，特别是对外喷雾系统喷嘴的改进。实验资料表明，高压水在通过喷嘴后能形成雾化状态的压力值相当高，一般需要7耀10MPa，掘进机的外喷雾显然无法达到这么高的压力。而风水相结合的雾化方式，配套条件普遍成熟，可以使水流在较低压力的情况下仍然能实现较好的雾化，达到理想的降尘效果。

2气体雾化喷嘴气体雾化的降尘机理是：高压风将水雾化成微细小滴，喷射于空气中与浮尘碰撞接触，尘粒被水捕捉而附于水滴上或者湿润的尘粒互相凝集成大颗粒，从而加速其沉降，使之尽快变为落尘。影响水滴捕尘效果的主要因素是水滴粒度。水滴小，在空气中分布密度就大，与矿尘接触机会就越多，捕尘效果就越好。但如果水滴太小对降尘效果会有所影响。因为过小的水滴湿润尘粒后其重量增加不大，难以在空气中沉降下来，同时水分也易被风流带走和蒸发，不利于捕尘。根据测定，水雾的粒度在50滋m以下时效果最佳，因此风、水的压力、流量配比关系是得到合适水雾颗粒大小的最直接影响因素，其次是水滴与尘粒的相对速度，它决定着粉尘与水滴的接触效果，水滴速度高则动能大，与尘粒碰撞时有利于将尘粒湿润捕捉。

气体雾化式喷嘴一般可以分为两种类型：内混式雾化喷嘴和外混式雾化喷嘴。内混式喷嘴为气体、液体在空气帽和液体帽腔体内内部混合雾化，雾化原理为空气破裂和撞击，雾化效果理想，但是不适合带有黏度的液体（见图1）。

外混式雾化喷嘴为气体、液体在喷出后，利用高速气流对液体行摩擦产生雾化。雾化原理为摩擦和产生的切向应力，雾化效果一般，比较适合带有黏度的液体（见图2）

3工程实例掘进机喷雾系统的介质一般是水，没有黏度，因此选择内混型气体雾化喷嘴。FM-10型内混型气体雾化喷嘴，利用压缩空气与液体的摩擦，产生非常均匀和最细密的雾化效果，气体压力在0.4耀0.6MPa，水压在0.5耀1MPa，水流量为30L/min时，平均的雾化颗粒直径为20耀50滋m，非常适合掘进工作面粉尘的捕捉。在EBZ260型掘进机上选用两个该FM-10型喷嘴，位置分别布置在悬臂段两侧，设计其喷雾系统原理图，如图3所示。

该套外喷雾系统已经随EBZ260掘进机到井下综掘工作面进行试验，按照设计要求调试进水、进气的压力和流量，使其达到最佳雾化匹配效果，通过实际检测，使用空气雾化喷嘴比使用普通喷嘴，综掘工作面粉尘浓度降低约30%，实现了良好的喷雾降尘效果。喷出水雾长度约2m，还可以起到对截割头的截齿、齿座及内喷嘴起到冷却和冲刷的作用，降低了截齿截割温度，还可以防止内喷雾喷嘴堵塞。此外，该结构还具有成本低，结构简单，体积小的优点，具有推广价值。

4结束语为了降低综掘工作面的粉尘浓度，保护工人的身体健康，同时降低煤粉爆炸的隐患，实现井下安全高效生产，设计出一套实用、可靠的掘进机喷雾系统非常重要。本文介绍了常用掘进机喷雾除尘的方式和内外喷雾系统的特点，针对外喷雾喷嘴雾化效果差的现状，对气体雾化喷嘴的雾化及降尘机理进行研究，在外喷雾系统设计中使用气体雾化喷嘴，并在掘进机上实际应用，取得了良好的降尘效果，可以推广应用。

参考文献院[1]武通海.高效喷雾降尘技术在掘进工作面的应用研究[D].太原:太原理工大学,2002：5-8.[2]王晓倩，张德生，赵继云，张子荣.雾化喷嘴及其设计浅析[J].煤矿机械,2008(3):15-17.[3]蔡农.掘进工作面风水喷雾除尘技术的研究与应用[J].能源技术与管理,2008(1)：59-61.[4]杨勤.纵轴式掘进机高可靠性内喷雾系统的研制[J].煤炭科学技术，2006(6)：4-6.作者简介院白雪峰（1978-），男，山西大同人，研究生，工程师，现在中国煤炭科工集团太原研究院从事煤矿机械设计工作。