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ZP127礦用自動灑水降塵裝置（綜掘機風水聯(lián)動噴霧降塵系統(tǒng)）
設(shè) 計 方 案
摘要
針對煤礦綜掘工作面綜掘機降塵技術(shù)難題和現(xiàn)場實際情況，設(shè)計了一套降塵系統(tǒng)方案。該方案為控制綜掘工作面的粉塵，改善工人的作業(yè)環(huán)境，提高機掘工作面的掘進速度，預(yù)防和減少工人塵肺病的發(fā)生起著極其良好的作用。

概述
礦塵的危害主要有煤塵和礦工塵肺病。煤塵爆炸造成的重大災(zāi)難性事故為大家所共知，而礦塵引起的塵肺病造成的傷亡不被大多數(shù)人重視。殊不知，不流血的“白傷"遠大于流血的“紅傷"，死于塵肺病的患者是礦難和其他工傷事故死亡人數(shù)三倍多。

采煤工作面是煤礦的主要產(chǎn)塵區(qū)域，掘進機采煤時產(chǎn)塵是掘進工作面最主要的塵源，掘進機降塵問題是煤炭工業(yè)面臨的一個技術(shù)難題。目前很多降塵的主要方法是采用自然水壓供水的噴霧降塵。由于噴霧系統(tǒng)供水壓力不足和易堵塞等問題，有的將噴霧棄置不用，使得綜掘機降塵效果很差，部分地點粉塵濃度高達500mg/m3以上，離《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的10 mg/m3要求相差甚遠，極大地威脅煤礦生產(chǎn)安全和工人身體健康。近幾年國內(nèi)有以下幾方面的掘進機降塵技術(shù)研究:設(shè)計改進綜掘機的噴霧系統(tǒng)；機載高壓泵增壓降塵系統(tǒng)；綜掘機負壓二次降塵、綜掘機風水聯(lián)動自動噴霧降塵技術(shù)等。由于煤礦井下條件特殊，目前都是處于實驗試用階段，只在個別或小范圍使用。為此，有必要針對綜掘（綜采）工作面設(shè)計更為完善系統(tǒng)的粉塵治理方案。

風水聯(lián)動自動噴霧降塵裝置是一種新型、高效、低能耗、噴霧距離遠的自動噴霧降塵裝置。主要原理是利用專用霧化噴嘴將高速的空氣流和高壓水進行氣水混合霧化，形成比傳統(tǒng)噴霧更細小的水霧，這種水霧是一種可以漂浮移動的薄霧團，這種薄霧團在空中的滯留時間比傳統(tǒng)的噴霧大大增加，增加水霧的降塵面積，對粉塵具有更好的吸附作用，從而達到的降塵效果。其主要特點是噴霧距離遠、降塵范圍大、水霧滯留時間長、降塵效率高、用水量少，是一種高效節(jié)能的高壓遠程自動噴霧降塵裝置。

由水霧降塵性能參數(shù)：霧粒分散度、霧粒運動速度、霧流幾何形狀與壓力的關(guān)系，可知壓力與霧體的降塵性能有很大的關(guān)系，壓力越大霧粒越小，速度越快，霧流體積越大。根據(jù)截獲的降塵機理和凝集擴散及其他機理得出粉塵直徑和霧粒直徑直徑之間的對應(yīng)關(guān)系可依據(jù)下式：

dn=d1 ρν/ (18η μ)
式中 d1——現(xiàn)場占比例的粉塵的直徑；
ρ——粉塵密度；
ν——氣流速度；
η——空氣粘度系數(shù)；
μ——水的粘度；
dn——的物粒直徑。
粉塵呈對數(shù)正態(tài)分布，霧滴直徑呈正態(tài)分布。如果測量出現(xiàn)場的粉塵直徑，及粉塵密度，可由此公式確定的霧粒直徑。

由降塵機理而知，霧粒直徑是影響降塵效果的主要因素，水滴小，在空氣中分布的密度就大，與礦塵的接觸機會就多，捕塵效果越好。但如果水滴直徑太小，與塵粒接觸，塵粒的重量增加不大，難以在空氣中沉降下來，同時水分也被風流帶走和蒸發(fā)，不利捕塵。
根據(jù)經(jīng)驗及測定，初步最初確定霧粒的直徑在50~150Pm之間。通過方案比較和實驗室測試，本產(chǎn)品選擇風水霧化噴嘴實現(xiàn)捕塵霧粒粒徑。

該噴霧系統(tǒng)智能自動化控制，工作狀態(tài)液晶屏在線顯示，無需人員值守，并且結(jié)合風水混合霧化技術(shù)而設(shè)計。風水噴霧器是由風水可調(diào)噴嘴組成，該種噴霧器是依據(jù)霧化降塵機理和風水混合霧化理論而設(shè)計的。為了適應(yīng)不同巷道的斷面情況，設(shè)計的氣水噴霧器由1個或多個噴嘴組合而成，噴霧方向可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，噴嘴內(nèi)部采用特殊的風水混合霧化結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)風水比，使每個噴嘴霧粒粒度分布可以根據(jù)塵源點的粉塵粒度分布情況進行調(diào)節(jié)，以達到降塵效果。
噴霧系統(tǒng)采用風水噴霧器，大大提高噴嘴的霧化效果，使霧粒粒度可以控制，可根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)并采用電動球閥代替電磁閥，解決了電磁閥通電發(fā)熱結(jié)堿易堵塞的問題。

降塵方案設(shè)計
在認真研究采煤工作面所用采煤機特點的基礎(chǔ)上，吸收國內(nèi)外采煤機降塵科研成果，結(jié)合我們多年的掘進機降塵研究經(jīng)驗，主要設(shè)計方案有以下幾點：
利用開停傳感器采集并傳輸采煤作業(yè)信號，煤機開機后，其電力電纜所產(chǎn)生的電磁信號被設(shè)備開停傳感器檢測到并將信號送入主控箱，水壓傳感器（可選）檢測到灑水噴霧水路中有一定的水壓時，接點閉合，主控箱即控制電動球閥開啟實現(xiàn)風水聯(lián)動噴霧灑水降塵。實現(xiàn)噴霧降塵系統(tǒng)的全自動化控制；進行及其有效的灑水噴霧降塵；
噴霧時間及間歇時間可根據(jù)需求利用噴霧裝置主控箱的時間延時撥碼旋轉(zhuǎn)開關(guān)任意設(shè)置；

各種傳感器配置靈活，噴霧裝置主控箱微電腦程序可自動識別。噴霧系統(tǒng)工作狀態(tài)有噴霧裝置主控箱上的液晶顯示屏時適在線顯示；實現(xiàn)人機交互，實現(xiàn)噴霧降塵系統(tǒng)的現(xiàn)代化控制。
利用煤礦高壓風源并利用設(shè)置在綜掘工作面由高壓泵、供水自動控制水箱組成的高壓泵站，將低壓水轉(zhuǎn)換成高壓水并沿工作面敷設(shè)的高壓膠管輸送到布置在采煤機上的風水降塵器，使降塵器的霧流屏障、風流凈化、阻塵擴散等降塵機理有機結(jié)合，實現(xiàn)綜掘機（采煤機）高壓強力、閉鎖式風水聯(lián)動噴霧降塵。

風水降塵系統(tǒng)，利用煤礦高壓風源并利用設(shè)置在工作面的由高壓水泵、供水自動控制水箱組成的高壓泵站，將靜壓水(低壓水)轉(zhuǎn)化為高壓水并通過沿順槽至工作面敷設(shè)的高壓管路輸送到布置在掘進機的風水噴霧器，風水降塵器將供給的高壓風、水，轉(zhuǎn)化成控制掘進機產(chǎn)塵源向外擴散的汽霧流屏障和局部含塵風流凈化除塵系統(tǒng)。高壓汽霧流屏障阻止和減少粉塵向外擴散并且進行凈化；局部含塵風流凈化除塵系統(tǒng)是指掘進機的除塵裝置噴出高壓水的同時產(chǎn)生負壓，將煤塵吸到裝置附近就地凈化，從而實現(xiàn)了對掘進機割煤產(chǎn)塵的降塵的目的；
裝置體積小，安裝方便、維護容易，能夠?qū)崿F(xiàn)對掘進機割煤產(chǎn)塵的有效控制。