【正文】 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生產(chǎn)采面降塵理論與技術(shù) 36 流 線4124 圖 典型的除 塵機(jī)理 1— 布朗運(yùn)動(dòng) 2— 截留 3— 布朗擴(kuò)散 4— 重力 （ 2）截留作用 當(dāng)塵粒沿氣體流線隨著氣流直接向液滴運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 由于氣流流線離液滴表面的距離在 pd 范圍以內(nèi) ， 則該塵粒與液滴接觸并被捕集 .。 在濕式除塵器中，慣性碰撞不僅發(fā)生在塵粒與水滴間。 慣性參數(shù)值越大，碰撞效率越高。 ? ?2DY?? ，實(shí)際上，有一部分塵?？赡墚a(chǎn)生回彈， 極細(xì)小塵?？赡芾@過水滴。如圖 所示，直徑為 D 的水滴與含塵空氣流 具有相對運(yùn)動(dòng)速度 U，當(dāng)氣流流經(jīng)水滴時(shí)，產(chǎn)生繞流而改變流線方向，塵粒因慣性作用脫離流線而碰撞并粘附于水 滴上。現(xiàn)主要討論 慣性碰撞、截留、布朗擴(kuò)散和凝結(jié)三種機(jī)理的作用。因此 ,分析礦用除塵器的性能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ，了解其適宜的作業(yè)場所，使除塵器充分發(fā)揮作用，對于推動(dòng)防塵技術(shù)的發(fā)展，保證煤礦安全生產(chǎn)，有著現(xiàn)實(shí)而積極的意義。從除塵機(jī)理看 ， 既有濕式過濾除塵，又有旋風(fēng)分離除塵，還有干式布袋除塵。截齒割煤 泡 沫噴 射，這樣抑塵效果最好。一般安裝在滾筒采煤機(jī)的中部， 或靠近操作者的側(cè)面。 3） 采煤機(jī)泡沫降塵 國外 生產(chǎn)采面 應(yīng)用泡沫除塵，大都是在滾筒采煤機(jī)截煤時(shí)，向截割部噴射。理論發(fā)泡量可由供液量和發(fā)泡倍數(shù)的計(jì)算求得。風(fēng)泡比是選擇通風(fēng)機(jī)的主要依據(jù)。 （ 4） 風(fēng)泡比：供給發(fā)泡機(jī)的風(fēng)量與發(fā)泡量之比值，稱為風(fēng)泡比。 （ 3） 析液時(shí)間：隨著泡沫消失而折出一定質(zhì)量的溶液所需要的時(shí)間（或稱破泡時(shí)間）。 （ 2） 發(fā)泡倍數(shù)：一定數(shù) 量的泡沫自由體積，與該體積的泡沫全部破 滅后折出的溶液體積比。 表 41 發(fā)泡機(jī)的性能 一次水壓 (kPa) 二次水壓 (kPa) 射 程 （ m） 排水量 （ L/min） 294 392 490 980 1960 147 196 245 539 1176 1 3 5 11 12 17 25 2） 發(fā)泡性能及參數(shù) 發(fā)泡性能主要有：發(fā)泡量、發(fā)泡倍數(shù)、析液時(shí)間、風(fēng)泡比、 成泡率等參數(shù)。發(fā)泡網(wǎng)的形狀會(huì)影響發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡能力，一般以拋物面和錐形發(fā)泡網(wǎng)為好，其相對發(fā)泡能力高。此時(shí)，空氣由于高壓射流的引射作用，從發(fā)泡噴頭尾部開口處被吸入 ，含有發(fā)泡原液的水與空氣在金屬網(wǎng) M 處形成泡沫而向前方噴射。發(fā)泡噴頭的結(jié)構(gòu)如圖 所示。由于壓力水的引射作用將貯液槽 T 中的發(fā)泡原液按定量（混合比 % ~ 1%）吸出。 水力引射式發(fā)泡機(jī)主要由發(fā)泡噴頭、定量分配器、過濾器、發(fā)泡原液貯箱 及軟管構(gòu)成。除塵用發(fā)泡機(jī)多為水力引射式發(fā)泡機(jī)。 泡沫降塵技術(shù) 1） 泡沫降塵的發(fā)泡工藝 用于礦井滅火 的泡沫通常是物理方法產(chǎn)生的客氣機(jī)械泡沫。試驗(yàn)證明 ， 任何單一藥劑都不可能實(shí)現(xiàn)對各方面性能的要求 ， 為此 ，泡沫劑配方中也需要多種藥劑混合后才能達(dá)到所需要的目的。故在泡沫劑配方 中 ， 不能把陽離子表面活性劑和陰離子表面活性劑混合使用。親水基使分子引入水與水親和 ， 而親油基使分子排斥水 ， 與油親和。一般泡沫劑配方中含有起泡劑、濕潤劑、穩(wěn)定劑、增溶劑等表面活性劑。由于生成了體積很大的泡沫，就能夠大大增加與塵源相互作用的表面，延長了相互作用的過程，從而隔絕了塵源，又使最小的粉塵粒也容易被潤濕。在急傾斜 生產(chǎn)采面 用泡沫降塵，其降塵 效率比噴霧降塵提高 1 ~ 倍。 泡沫降塵理論與技術(shù) 泡沫降塵在 70 年代中期世界各國開始廣泛應(yīng)用，近年來，我國在綜采綜掘等作業(yè)也開始 試驗(yàn)和應(yīng)用泡沫降塵技術(shù)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生產(chǎn)采面降塵理論與技術(shù) 29 圖 液壓支架自動(dòng)噴霧供水示意圖 1— 噴霧泵站 2φ 32— 膠管 3— 三通 4— φ 25 膠管 5— 總閥門 6— 聯(lián)動(dòng)閥 7— 五通 8— 噴嘴 2） 炮采工作面噴霧降塵技術(shù) 在炮采工作面應(yīng)敷設(shè)供水軟管， 每 10~15m 設(shè)一架間水霧，放炮時(shí)打開水幕進(jìn)行放炮噴霧。液壓支架自動(dòng)噴霧供水系統(tǒng)，如圖 [1]所示 對于已投入使用而又未安設(shè)自動(dòng)噴霧裝置的自移式液壓支架，可現(xiàn)在控頂區(qū)內(nèi)每隔 6~10 架支架安裝 2 個(gè) 傘形噴嘴，降架打開閥門噴霧，使霧流形成水幕，以捕集降、移架是產(chǎn)生的粉塵。此時(shí)，第二單向 4— 第一單向閥 閥在水壓和彈簧力的作用下閥芯復(fù)位，封住水路，支架的噴嘴 停止噴霧 。支架轉(zhuǎn)入移架時(shí)，噴霧繼續(xù)。閥座與支架相應(yīng)部位相連接。聯(lián)動(dòng)閥門如圖 所示。 ① 自動(dòng)噴霧裝置及工作原理。 （ 3）自移式 液壓支架移架時(shí)自動(dòng)噴霧降塵 綜采工作面自移式液壓支架再降柱和前移過程中將產(chǎn)生大量粉塵。當(dāng)回柱時(shí)，由于頂板破碎或冒落而陳發(fā)性的產(chǎn)生大量粉塵，頂板巖層中往往含有大量的游離二氧化硅 ，粉塵更加有有害。 噴嘴的噴射方向要對準(zhǔn)截割部位及揚(yáng)塵點(diǎn)，如圖 [2]所示。外噴霧要求噴霧能覆蓋截割全部位。例如，薄煤層采煤機(jī)落煤量小，煤塵飛揚(yáng)濃度也相對低，外噴霧可采用單水噴霧器；對于大功率雙滾筒采煤機(jī)可采用引射噴山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生產(chǎn)采面降塵理論與技術(shù) 27 霧器，效果好，也可根據(jù)情況使用多組的組合噴霧器。引射噴霧器是用壓力水作 動(dòng)力造成引射風(fēng)流 ，當(dāng)壓力水從噴嘴噴出后，由于水壓和引射氣流的綜合作用，提高了水霧化程度和霧里的噴射速度，因而提高了降塵效果。 噴霧器的選擇 噴霧器的種類有單水噴霧器、組合噴霧及引射噴霧器。為保證水質(zhì)清潔，配套使用水質(zhì)過濾器 ② 采煤機(jī)外噴霧 機(jī)組外噴霧 主要采用噴霧器或噴嘴向截割區(qū)噴霧?？紤]到內(nèi)噴霧的降塵效果，水壓一般不能低于 2~，噴霧耗水量不少于 100~150L/min。但內(nèi)噴霧的供水水路要通過采煤機(jī)搖臂、滾筒軸及滾筒需要可靠的回轉(zhuǎn)密封，同時(shí)在供水過程中壓力損失較大。 ① 采煤機(jī)內(nèi)噴霧 內(nèi)噴霧水有采煤機(jī)內(nèi)的供水系統(tǒng)將壓力水送到旋轉(zhuǎn)的滾筒上，其送水方式基本上有兩種：一種是內(nèi)部送水，即從空心滾筒軸中送水，另一種是外部送水，即從當(dāng)煤板架處將煤送進(jìn)滾筒。 （ 1） 機(jī)組噴霧 圖 采煤機(jī)徑向噴霧示意圖 1— 噴頭 2— 金屬空腔Ⅰ 3— 金屬空腔Ⅱ 4— 進(jìn)水高壓膠管 5— 搖臂 6— 滾筒 7— 連接管 圖 采煤機(jī)機(jī)載高壓荷電噴霧系統(tǒng) 1— 多孔噴射頭 2— 滾筒 3— 搖臂 4— 下風(fēng)流分流臂 5— 單嘴噴空 6— 采煤機(jī) 7— 機(jī)載高壓泵 8— 液壓閥門 9— 高壓軟管 10— 上風(fēng)流分流臂 11— 風(fēng)流方向 機(jī)組噴霧系統(tǒng)分為內(nèi)噴霧和外噴霧方式，內(nèi)噴霧的噴嘴安在滾筒上，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生產(chǎn)采面降塵理論與技術(shù) 26 外噴霧的噴嘴 安裝在截割部箱體 、搖臂及擋板上。幾種噴霧器的技術(shù)性能見表 41[1] 表 41 幾種風(fēng)水噴霧器的技術(shù)參數(shù) 名稱 風(fēng)壓 /kPa 水壓 /kPa 射程 /m 霧體最大直徑 /m YP1 型壓氣噴霧器 擴(kuò)散型噴霧器 噴射型噴霧器 HTY2 型噴霧器 294~784 490 622 490 294~2940 147 294 294 16~19 10~12 噴霧降塵技術(shù) 1） 機(jī)采工作面噴霧降塵 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生產(chǎn)采面降塵理論與技術(shù) 25 機(jī)采工作面 有兩大塵源：一是采煤機(jī)割煤供需，是主要塵源；二是回柱放頂工序。它具有 物流射程遠(yuǎn)，霧塵面積大，霧粒細(xì)均勻性好、結(jié)構(gòu)簡單、使用輕便和降塵效果好等特點(diǎn)，很適合爆破降塵使用。 圖 水幕安設(shè)示意圖 1— 泄水口 2— 閥門 3— 水幕 4— 噴嘴 5— X 異徑三通 6— 水質(zhì)過濾器 7— 止水閥 8— 壓力水進(jìn)口 （ 2）風(fēng)水噴霧 爆破后采用風(fēng)水噴霧器進(jìn)行噴霧降塵 ，是爆破工序另一種十分簡單有效的防塵措施。 水幕距工作面距離一般為 20m，每掘進(jìn) 10m，移動(dòng)一次。安裝噴嘴時(shí)，要注意將 噴口對準(zhǔn)工作面，不可朝下，使其逆著粉塵流動(dòng)方向噴霧，才會(huì)使含塵風(fēng)流凈化。采用噴嘴噴霧式水幕，應(yīng)選擇降塵效果比較好，能形成細(xì)霧粒且霧粒密集均勻的噴嘴。微孔噴霧式水幕，可用直徑為 19mm 的鋼管制成半環(huán)形的彎管，并在管上鉆兩排孔徑 ~ ，角度 30~ 45176。煤礦井下常用的是梯形水幕和半環(huán)形水幕。水幕是攔截并降低爆破時(shí)粉塵的另一種有效措施。 聲控機(jī)械自動(dòng)化噴霧裝置主要有： TJ1 型放炮自動(dòng)噴霧裝置等。 ② 聲控自動(dòng)噴霧降塵裝置。試驗(yàn)證明，采用高壓噴霧方式降塵 ， 生產(chǎn)采面 的粉塵濃度由 ~ 20 3/mmg 。 ① 高壓噴霧。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生產(chǎn)采面降塵理論與技術(shù) 23 （ 1） 單水噴霧 所謂單水噴霧，就是采用單一的壓力水進(jìn)行噴霧降塵。 2） 噴霧方式分類 采用噴霧的方法對降低 生產(chǎn)采面 的粉塵濃度時(shí)既簡單又有效的措施，國內(nèi)很多煤礦都采用這種措施 。對細(xì)微粉塵 ， 特別是直徑小于 m? 的粉塵 ， 由于布郎擴(kuò)散作用 ， 可能被水霧粒捕集 ， 稱為擴(kuò)散捕集。風(fēng)流中質(zhì)量較大、顆粒較粗的塵粒因慣性作用會(huì)脫離流線而保持向霧滴方向運(yùn)動(dòng)。噴霧噴出的液體霧粒與固態(tài)塵粒發(fā)生慣性碰撞 ， 在惰性凝結(jié)過程中使塵粒濕潤 ， 自重增加且沉降 ， 稱為重力沉降。是每一個(gè)礦井必做的工作。即使采取了 預(yù)先防 塵措施（濕式 鉆眼 、煤層注水）也不能放松 生產(chǎn)采面 的防塵工作。 （ 2）注水量 山東科技大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 生產(chǎn)采面減塵理論與技術(shù) 21 短孔的注水量按下式 [2]計(jì)算 KlBMqQ? （ 37） 式中 ， Q —— 每空注水量； L； K——漏水系數(shù)，取 ?K ； l—— 鉆孔長度， m； B —— 鉆孔間距， m； M ——煤層開采厚度， m； tq —— 每立方米煤體的注水量，取 10?tq ~25 3/mL 。當(dāng)靜壓注水不能滿足要求時(shí)，可采用動(dòng)壓注水。用膠管把封閉器、截止閥、水表、壓力表串聯(lián)起來，并將膠管與回風(fēng)巷或運(yùn)輸巷的供水管路連接起來即可進(jìn)行短壁注水，根據(jù)注水量和注水時(shí)間，可采取單孔和雙孔注水。 （ 3）鉆孔間距 鉆孔間距取決于短孔的潤濕半徑，孔間距一般在鉆孔長度的 1~ 倍。 ③ 按噸煤注水量計(jì)算 qLBMQ ?? （ 37） 短孔 注水技術(shù)工藝 1） 鉆孔參數(shù) （ 1）鉆孔直徑 鉆孔直徑根據(jù)封閉孔膠管直徑而定，一般為 42~55mm，有時(shí)鉆孔直徑等于炮眼直徑，以便共用 鉆眼 工具。一般中厚煤層取 q = ~ tm/3 ；厚煤層取 q= ~ tm3 。 （ 2） 注水量 ① 按水分的增加值 按下式 [2]計(jì)算 KWWB L MQ )( 21 ?? ? ， 3m (35) 式中 ， Q —— 一個(gè)鉆孔注水量， 3m ； B —— 孔間距， m； L —— 工作面長度， m； M —— 煤層厚 度， m； ?——每平方米煤的質(zhì)量， 3/cmg ； 1W—— 注水后要求達(dá)到的水分， %；一般取 5%； 2W ——注水前煤層原有的水分， %； K——考慮吸收水分，水的流失和注水不均勻系數(shù)，一般取~。總注水量由高壓水表 測出，鉆孔的注水壓力由壓力表測出。動(dòng)壓注水系統(tǒng)有單孔或多孔注水系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛采用多孔注水系統(tǒng)。當(dāng)靜壓 滿足不了注水壓力的要求時(shí)，要設(shè)泵增壓。靜壓注水的布置方式如圖 所示。 2） 注水工藝 （ 1）注水系統(tǒng) ① 靜壓注水系統(tǒng)。）； 山東科技大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 生產(chǎn)采面減塵理論與技術(shù) 18 ?—— 鉆桿最大下沉角，（176。鉆孔角度原則上與煤層傾角保持一致，使鉆孔始終保持在煤層中，以避免穿透頂?shù)装?，考慮到鉆桿的下沉，開口位置應(yīng)選在煤層上部，鉆孔傾角 ? 可按下式 [2]計(jì)算 ： ??? ?? m ，（