采煤機噴霧降塵裝置的優化改進研究

宋 凱

（沁和能源集團有限公司永紅煤礦， 山西 晉城 048205）

1 工程概況

沁和能源集團有限公司永紅煤礦位于山西省沁水縣嘉峰鎮嘉峰村，井田面積9.342 2 km2，保有儲量7 875.8 萬t，批準開采3～15 號煤層，地質類型簡單，全區穩定可采，年生產能力120 萬t。

永紅煤礦3401 工作面位于五采區北翼東部，工作面走向長915.5 m，傾斜長120～180 m，采高2.8 m。3401 工作面主要開采3 號煤層，煤層厚度為2.57～5.34 m，平均厚度為3.98 m，煤層傾角為0°～5°，平均傾角為2°，硬度為0.6，容重1.39 t/m3。工作面偽頂為灰色粉砂質泥巖、泥巖，含植物葉片化石和菱鐵礦結核；老頂為深灰色砂質泥巖，呈塊狀，底部為條帶狀，含少量白云母及大量植物根莖化石；直接底為鋁質泥巖，易風化、軟化及裂隙化[1]。

3401 工作面采用MG300/73-WD 型采煤機落煤裝煤、SGZ764/400 型前部刮板運輸機和SGZ800/630后部刮板運輸機運煤，ZF7200/20/32 型低位放頂煤支架進行工作面支護和放煤，工作面平均煤厚10.2 m，采高3.0 m，平均放煤高度7.2 m，采放比1∶2.4。循環進度為0.6 m，采用一刀一放的放煤方式，放煤步距為0.6 m，采用自然垮落法管理采空區頂板[2]。

MG300/73-WD 型采煤機截割部采用噴霧降塵裝置進行降塵作業，從實踐應用結果可知該噴霧裝置效果不佳，采煤機截割作業過程中粉塵濃度仍然非常大，嚴重危害到作業工人的身體健康，有必要對該采煤機噴霧降塵裝置進行優化改進研究。

2 采煤機降塵裝置的現狀分析

永紅煤礦3401 工作面采煤機原噴霧降塵裝置如圖1 所示。采煤機噴霧降塵總供水由一路Φ25 mm 的鋼絲編織高壓膠管從運輸巷主干管路供水，接入到采煤機噴霧降塵裝置供水總開關上。

圖1 采煤機原噴霧降塵裝置示意圖

降塵水進入三通后分為兩大部分，一部分經開關閥流入三通，經三通分為兩路，分別進入左右噴水塊；另一部分經比例閥進入水分配閥分為六路水。經水分配閥出來后的六路水分別為：第一路水經Φ19 mm 的鋼絲編織高壓膠管進入左搖臂機殼冷卻，然后進入左滾筒內噴霧；第二路水經Φ19 mm 的鋼絲編織高壓膠管進入右搖臂機殼冷卻，然后進入右滾筒內噴霧；第三路水經Φ13 mm 的鋼絲編織高壓膠管進入調高泵箱冷卻器，然后進入左、右牽引電機相繼冷卻，經自制噴頭泄出；第四路水經Φ13 mm 的鋼絲編織高壓膠管進入右切割電機冷卻，然后進入右搖臂外噴霧噴頭；第五路水經Φ13 mm 的鋼絲編織高壓膠管相繼進入泵電機、左切割電機冷卻，然后進入左搖臂外噴霧噴頭；第六路水經Φ13 mm 的鋼絲編織高壓膠管相繼進入變頻器、變壓器、流量傳感器后，經自制噴頭泄出[3]。

實踐應用過程發現該采煤機噴霧降塵裝置的內噴霧系統無法正常工作，在采煤機截割作業時僅僅依靠外噴霧系統進行降塵作業，同時發現降塵壓力過低、自制噴頭霧化效果差，基于以上原因采煤機作業區域內的噴霧降塵效果不佳，有必要對采煤機原噴霧降塵裝置進行優化改進研究。

3 采煤機噴霧降塵裝置優化改進思路分析

經檢查，該采煤機噴霧降塵裝置的內噴霧系統無法正常工作的原因為內噴霧系統存在水密封難題，系統水密封損壞后導致內噴霧水發生泄露，流入至搖臂內部減速箱體內，水油混合物導致減速箱齒輪軸承無法實現有效潤滑，變速箱打滑頓挫，導致齒輪軸承出現損壞影響采煤機正常作業。

采煤機噴霧降塵裝置內噴霧系統的水密封問題當前是一項難題，還沒有有效的措施可以完全解決。本次優化改進采用提高采煤機噴霧降塵裝置外噴霧壓力大于8 MPa 的方案，在無法對內噴霧系統進行有效改進的情況下，又能有效降低采煤機截割作業時所產生的粉塵濃度。

4 采煤機噴霧降塵裝置優化改進方案及實施

4.1 采煤機噴霧降塵裝置優化改進方案

優化改進后采煤機噴霧降塵裝置如圖2 所示，在3401 運輸巷安裝兩臺BPW315/16 型高壓噴霧泵站，向采煤機噴霧降塵裝置提供大于8 MPa 的高壓水源。大于8 MPa 的高壓水經Φ32 mm 專用管道到達采煤機噴霧降塵裝置供水總開關后，通過三通分兩大水路。一大水路通過減壓閥將大于8 MPa 的高壓水進行降壓處理，然后進入采煤機左右牽引電機、左右切割電機、泵電機、變壓器、變頻器內部冷卻系統，對其實施冷卻降溫處理；另一大水路進入采煤機左切割臂及滾筒噴霧系統、采煤機中段噴霧系統、采煤機右切割臂及滾筒噴霧系統，實施噴霧降塵作業。

圖2 優化改進后采煤機噴霧降塵裝置示意圖

4.2 關鍵參數確定

在提高采煤機噴霧降塵裝置外噴霧壓力至8 MPa條件下，必須設計好噴霧水量、噴射角度關鍵參數，實現對噴霧降塵區域的覆蓋范圍控制，實現最佳降塵效果。

根據該采煤機噴霧降塵裝置的現場安裝工況，外噴霧系統共設12 個高壓噴嘴。采煤機左切割臂及滾筒噴霧系統設3 個噴嘴，水量15 L/min；采煤機中段噴霧系統設置6 個高壓噴嘴，水量10 L/min；采煤機右切割臂及滾筒噴霧系統設3 個噴嘴，水量為15L/min。此時，外噴霧系統所需最大水量為150 L/mim。

對于采煤機各電機、變壓器、變頻器內部冷卻系統一共設置4 個噴嘴，每個噴頭在2 MPa 水壓力下流量約6.6 L/min。此時，內部冷卻系統則所需最大水量為26.4 L/mim。

經計算，優化改進后采煤機噴霧降塵裝置中外噴霧系統和冷卻系統所需最大總水量為176.4 L/min。BPW315/16 型高壓噴霧泵站公稱流量為315 L/min，公稱壓力為16 MPa，選型符合要求。

4.3 實施工藝

高壓噴嘴噴霧作業，進一步控制含塵氣流繼續沿煤壁側流動，在這一過程中還能夠對粉塵進行濕潤作業，降低采煤機從左滾筒至右滾筒段粉塵濃度。在采煤機截割作業現場，可這一過程中還能夠對煤壁進行濕潤，組織吸附于煤壁上的粉塵重新飛揚。為實現上述的引射分流及抑制含塵氣流并凈化的作用，在采煤機左切割臂及滾筒噴霧系統、采煤機中段噴霧系統、采煤機右切割臂及滾筒噴霧系統分別設3、6、3 個噴嘴，依靠這12 個高壓噴嘴可以實現對作業區域全覆蓋地噴射潤濕降塵。

兩臺BPW315/16 型高壓噴霧泵站安裝在3401運輸巷，采用Φ32 mm 專用管道將高壓水輸送至工作面采煤機噴霧降塵裝置供水總開關。高壓水經三通及水分配閥進入到各管路，具體情況如圖2 所示。

5 效果分析

永紅煤礦3401 工作面采煤機原噴霧降塵裝置進行優化改進后，于2022 年2 月投入實踐應用當中。采煤機噴霧降塵裝置優化改進前后粉塵濃度檢測對比情況如表1 所示。

表1 采煤機噴霧降塵裝置優化改進前后粉塵濃度檢測對比情況

從表1 數據可知，對比優化改進前，采煤機噴霧降塵裝置優化改進后各測點位置的呼塵濃度降低比例達到68%～72%之間，全塵濃度降低比例達到69%～73%之間，粉塵治理效果理想，實現了預期目標。