综掘工作面喷雾降尘系统喷嘴优选及布置
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【摘 要】针对综掘工作面喷雾降尘效果不佳的问题，通过尘雾耦合实验得出了粉尘与其最佳捕尘雾滴粒径之间的定量数学关系为D雾滴 =10D粉尘，经现场应用，降尘效果大大提高。
【关键词】粉尘粒径；尘雾耦合；喷嘴优选；喷雾降尘优化
煤矿综掘工作面粉尘对现场作业人员健康及矿井安全生产造成极大威胁。通过对综掘工作面喷雾降尘系统的进行了优化，并取得了良好降尘效果。
1 尘雾耦合实验
1.1 实验用喷嘴的确定
选6种不同型号的喷嘴作为尘雾耦合实验所用喷嘴，具体分类如表1所示：
表1 尘雾耦合实验所用喷嘴分类表
1.2 实验装置的设计
实验装置主要由高压喷雾泵、封闭式试验箱、风机以及Winner312喷雾激光粒度仪四大部分构成。喷雾降尘实验模型示意图如图1所示。其中，封闭式实验箱包括外形为四棱台的入风渐扩段和长、宽、高分别为3.0m、3.0m、2.5m的长方体实验段；风机选择了FZ40/35-11/12（s）型轴流通风机。该实验模型的调风通过无极变频器来实现。
1.3 实验方案的确定
调整风机的转速，保证封闭试验箱内风速与综掘工作面内风速接近并将高压喷雾泵的压力设置为煤矿井下综掘工作面的喷雾压力；首先，只将喷雾打开且不起动发尘器通过Winner312喷雾激光粒度仪测定各个喷嘴的雾滴粒径并做记录，进而启动发尘器并将粉尘量控制在250g/min左右，通过Winner312喷雾激光粒度仪测定各个喷嘴在与粉尘耦合以后的尘雾粒径并做记录。
1.4 实验结果分析
（1）与释放尘源前相比，雾滴粒径的D10、D50、D90都出现了不同程度的增大，增大率在7.4%～14.2%之间变化，表明释放尘源后雾滴与尘粒碰撞、结合，使雾滴出现不同程度增大。
（2）可以近似认为释放尘源后，雾滴与尘粒耦合后，雾滴粒径的增加值约等于雾滴所捕获尘粒的粒径大小，且随着雾滴粒径的增加，其对应的捕获煤尘的粒径基本上呈现线性增加的趋势，雾滴捕获的尘粒粒径主要分布在2.223μm～7.117μm之间，与之对应的雾滴粒径在26.515μm ～67.433μm之间，且雾滴的平均增大率在9.0%～10.5%之间变化，由此，可以近似得出D≈0.1・D无尘液滴，即D尘≈0.1D雾。
2 3904综掘工作面粉尘微观性质测定
为了掌握白庄煤矿综掘工作面各生产工序粉尘粒度分布规律，对白庄煤矿3904综掘工作面不同工序处设置采样点并对各生产工序产生粉尘的粒度进行测定分析。
2.1 粉尘采样点布置
3904综掘工作面现场的粉尘采样点的选定应以能代表工作面现场粉尘对人体健康的危害为原则。基于此，结合国家标准，确定3904综掘工作面粉尘采样点的布置方法为：1#点在掘进头处，2#点在司机处，3#点在转载机下风侧，4#点在伸缩皮带机下风侧处，5#点在距掘进头100m处，6#点在距掘进头200m处。
2.2 测试结果分析
利用Winner3001干粉粒度测试仪对现场采集的粉尘样品进行测试，得到粉尘粒度分析报告：
2#地点（司机处）产生煤尘8μm频率分布为28.3%，粒径≤8μm累计分布达到了54.6%。1#地点（掘进面迎头）与6#地点（离掘进迎头200m左右），其颗粒粒径≤8μm累计分布虽然达到47.5%、40.8%，但是其D50却为8.83μm和10.85μm，也就是说这两个工序产生的颗粒粒径较大，其颗粒粒径明显要大于其他生产工序。其余各生产工序产生的呼吸性粉尘比例也都在50%左右。可以说明回风巷中呼吸性粉尘所占的比例也是比较大。
3 喷雾降尘系统优化及现场应用
根据尘雾场耦合实验得知井下不同生产工序粉尘与其最佳捕尘雾滴粒径之间的定量数学关系为D雾滴=10D粉尘，因此，根据尘雾耦合实验的实验结果得知该掘进工作面掘进头处喷雾降尘应使用4#喷嘴进行喷雾，转载机下风侧应使用6#喷嘴，伸缩皮带机下风侧处应使用1#喷嘴进行喷雾。优化后的喷雾降尘系统在白庄煤矿3904综掘工作面进行现场应用，现场应用前后各生产工序粉尘浓度测定结果如下：
掘进面迎头粉尘浓度由1077mg/m3下降到126.1mg/m3，降尘率为88.3%；司机作业点粉尘浓度由323.3mg/m3下降到17.5mg/m3，降尘率为94.6%；转载机尾处粉尘浓度由200.6mg/m3下降到12.6mg/m3，降尘率为93.7%；除尘风机后粉尘浓度由275.4mg/m3下降到17.6mg/m3，降尘率为93.6%。
综掘工作面各工序的平均粉尘降尘率为92.6%，较使用现有降尘措施提高38.2%，工作面的环境和劳动卫生条件得到了较大的改善。
【参考文献】
[1]张小涛，隋金君，曲宝，等.采掘工作面喷雾降尘技术研究及应用[J].煤矿机械，2013，8：247-250.