风水联动自动喷雾降尘技术
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摘要：为了降低采、掘工作面粉尘浓度、避免粉尘爆炸等事故发生，文章结合流体动力学等相关理论，提出了风水联动自动喷雾降尘理论与技术。通过工业性试验，测定了风水联动自动喷雾装置的实际效果，为煤矿粉尘防治工作提供了新的思路和方法，取得了良好的效果。
关键词：高压气流；风水联动；粉尘防治
1 降尘技术概况
近年来，随着采、掘机械化程度的提高，工作面粉尘浓度成倍增长，大量的粉尘不仅危害井下工人身体健康，而且大多数粉尘具有爆炸性，严重威胁着矿井的安全生产。为了降低采、掘工作面粉尘浓度、防止职业病的发生、保障工人的身体健康、避免粉尘爆炸等事故发生，结合流体动力学等相关理论，提出了风水联动自动喷雾降尘理论与技术。通过工业性试验，测定了风水联动自动喷雾装置的实际效果，为煤矿粉尘防治工作提供了新的思路和方法，取得了良好的效果。
目前使用的喷雾系统装置主要是雾化喷头，地面静压水池防尘水通过防尘水管与雾化喷头连接，通过阀门控制喷雾，喷头上的喷嘴多为塑料材质，且有一段软管与防尘硬管连接，该装置存在以下缺点：喷头的喷雾嘴容易堵塞，造成不出水；喷雾嘴容易损坏，造成不雾化或雾化效果不好；喷头喷雾效果不好，喷雾范围小，不能覆盖巷道全断面；由于喷雾装置距离工作面迎头较近，喷雾装置坚固性不足，容易被放炮崩坏；喷雾系统的整体结构达不到优化配套的要求，导致喷雾降尘效果不理想。经过在实践中摸索研究，在流体力学的基础之上研制了风水联动自动喷雾降尘技术，利用风-水两相流体，以风为主，以水为辅，形成立体雾化范围，通过隔尘、降尘等一系列过程，能够有效降低工作面粉尘浓度，保障从业人员身体健康，避免粉尘爆炸等事故发生。
2 风水联动自动喷雾降尘原理
将防尘水管中的防尘水从喷雾头的斜侧方向引入喷雾头内，将压风管中的压风从喷雾头的后部以直线方向引入喷雾头内，当风力射流喷雾喷嘴在同时接通承压水和高压气流时，承压水和高压气流在射流喷嘴的喷嘴腔内混合，依靠风的高压动力将引入的承压水加以雾化，通过喷嘴喷出，一股高压气流使得水流铺开并迅速破碎利用风的压力，使进入的防尘水分裂成许多小水滴，并在风力射流喷嘴的喷头处喷成雾状，通过对称喷嘴边壁周边向外喷射形成喷射物流，形成有利于降尘和隔尘的喷雾体，喷射物流随着气流的扩散而扩散并变成湍流，雾流在高速气流的冲击下分散度非常好，
由于高压引射喷雾的速度大于尘粒运动速度，雾粒将尘粒捕捉、吸附，高压气流喷雾的雾粒直径很小，对以扩散运动为主的尘粒具有非常好的降尘效果，当尘粒被捕捉，湿润的尘粒互相凝结变成质量较大的尘粒而沉降。风水联动自动喷雾装置示意图如图1所示，系统示意图如图2所示。
3风水联动自动喷雾降尘特点
1、喷管利用长度1.5米左右的1寸钢管上钻出8-10个圆锥形喷嘴，采用快压接头的方式与防尘水管及压风水管连接。制作及使用都非常简单，易于操作。该装置全部采用钢管制作，坚固耐用，能够承受放炮的冲击。该装置取消了传统喷雾头的喷嘴，提高了喷雾的可靠性。
2、喷管上8-10个喷嘴，都能够形成锥形喷雾状，立体的喷雾空间能够覆盖巷道迎头全断面，防尘效果好。
3、该装置的管状架体结构增加了其坚固性而且易于吊挂，采用快压接头的方式与防尘水管及压风水管连接，接设简便易行。安装阀门控制风量、水量，以达到最好的降尘效果。
4、对水压及风压要求不高，适应性强。经现场测试：水压大于2KPa，风压大于0.5MPa即能取得良好的喷雾效果。
5、喷雾直喷工作面迎头，可以带动风流，降低工作面瓦斯浓度，防止超限。
6、风水联动自动喷雾降尘技术用水量极少，对比传统喷雾技术，节约用水70%以上，经济效果显著。
7、风水联动自动喷雾装置结构简单，成本低。
4 风水联动自动喷雾降尘技术工业试验
测点1布置在兴山煤矿1202煤掘工作面在煤掘工作面，测点2布置在距回风口20米处，巷道掘进距离75m，供风量310m3/min，平均风速0.47m/s。利用GH100型矿用直读式粉尘浓度测定仪，滤膜称重法得出测点的全尘浓度，如表1所示。
5 结论
1、风水联动自动喷雾降尘技术符合流体动力学等相关原理，喷嘴制作较为简单，锥形喷雾面积大，能够有效隔离粉尘，进而通过一系列的沉降，达到除尘的目的。
2 、风水联动自动喷雾降尘技术，具有传统除尘方法无法比拟的优点，现场降尘效果良好，用水量极小，经济效益十分显著，必将成为煤矿降尘方法的主要选择。
3、该装置全部采用钢管制作，坚固耐用，能够承受放炮的冲击，对水压水质及风压要求不高，用水量极少适应性强，适用于矿井这种特殊的职业环境。
4、风水联动自动喷雾装置向工作面迎头喷雾的过程中，水雾带动风流，风流流经工作面容易涡流的局部地点，防止局部瓦斯超限，对施工安全多了一层保障作用。
5、如配套使用震动感应式的电磁阀控制开关装置，可实现采掘工作面放炮自动喷雾，大大提高了风水联动自动喷雾装置的喷雾效果。