1、潞安礦區綜合防塵技術及實踐5 采煤工作面其他防降塵技術5.1 采煤機負壓二次降塵系統的應用5.1.1 負壓二次降塵系統的作用機理采煤機負壓二次降塵裝置是在充分研究國內外綜放（采）面降塵技術的基礎上提出的負壓降塵技術把高壓水引入工作面降塵，其基本原理為水霧活塞技術，主要針對采煤機滾筒割煤時產生的渦旋風流即塵源點，利用負壓降塵裝置產生兩倍于采煤機滾筒的渦旋風流，將其吸收并凈化，從而達到預期效果1。除塵示意圖見下圖：圖5-1 采煤機負壓二次降塵器系統噴霧示意圖1負壓降塵裝置；2搖臂；3滾筒；4抽吸風流采煤機高壓噴霧及負壓二次降塵系統由水箱向高壓水泵供水，水泵通過噴霧控制閥、噴霧裝置，實現高壓噴霧。另

2、外由于壓力較高，產生的霧氣流速很快，動能較大，加之高速霧氣流把負壓筒已全密閉充滿，在所有負壓筒的后部及整個降塵裝置周圍產生了很強的負壓空間場，因而可以把采煤機滾筒及附近含塵濃度高的空氣吸入到降塵裝置內，起到負壓降塵的作用。高壓水霧從降塵裝置的前端噴出時，由于水霧的活塞作用原理，降塵裝置周圍產生很強負壓場，可將采煤機端部及滾筒附近含塵濃度高的空氣吸入并予以徹底凈化。從降塵裝置前端噴出的高速霧、氣流從滾筒的斷面切過，具有足夠的能量控制滾筒旋轉所形成的渦旋風力場，使含塵濃度高的空氣被吸入高速霧氣流中，其中大部分粉塵可與霧粒結合、沉降，空氣得到凈化。從降塵裝置前端噴出的高速霧、氣流吸入并凈化滾筒附近空

3、氣后，受空氣阻力，逐漸減速失去動能后，還會有粉塵混入，其中一部分在降塵裝置形成的負壓作用下，重新被吸入降塵裝置，受到徹底凈化后又被以高速噴出，進而去凈化滾筒周圍的空氣。局部循環風流的形成使整個工作面空氣受到凈化。5.1.2 負壓二次降塵系統的組成及改造設計1）負壓二次降塵器系統的組成KCP-2F型采煤機負壓二次降塵器系統主要由高壓水泵、供水自動控制水箱、負壓二次除塵裝置及高壓管路等組成，該裝置的主要技術特征見表5-1。采煤機負壓二次降塵器，利用設置在工作面順槽由高壓水泵、供水自動控制水箱組成的高壓泵站，將低壓水轉化成高壓水并通過沿順槽至工作面敷設的高壓管路輸送到布置在采煤機兩端頭上的負壓二次除

4、塵裝置；負壓二次除塵裝置將供給的高壓水，轉化成控制采煤機滾筒割煤產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，實現對采煤機滾筒割煤產塵的就地凈化、阻止和減少粉塵向外擴散。負壓二次除塵裝置直接安裝在采煤機的兩端頭，用M24螺栓固定在采煤機兩端頭的連接板上。表5-1 負壓二次降塵裝置主要技術特征表裝置名稱技術參數高壓水泵型號BP75/12額定壓力10MPa最大壓力12MPa額定流量4.5m3/h最大外型尺寸1340mm×640mm×750mm整機質量600Kg工作電壓380/660V或660/1140V功率18.5kW供水自動控制箱有效容積800L最大外型尺寸1500&

5、#215;700×1000mm適應供水壓力4Mpa凈重180Kg負壓二次除塵裝置汽霧流攔截粉塵屏障張開角度5582°處理含塵風量80100m3/min2）結構特征KCP-2F型采煤機負壓二次降塵器，利用設置在工作面順槽由高壓水泵、供水自動控制水箱組成的高壓泵站，將低壓水轉化成高壓水并通過沿順槽至工作面敷設的高壓管路輸送到布置在采煤機兩端頭上的負壓二次除塵裝置；負壓二次除塵裝置將供給的高壓水，轉化成控制采煤機滾筒割煤產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，實現對采煤機滾筒割煤產塵的就地凈化、阻止和減少粉塵向外擴散。KC P-2F 負壓抽吸二次降、除塵 噴灑 礦用

6、除塵器由高壓水泵、自動供水控制水箱組成的采煤機負壓降塵器高壓供水系統如圖5-2：煤層1432軌順采煤機至左負壓二次除塵裝置至右負壓二次除塵裝置131319變三通（a）截止閥D675進水出水（b）圖5-2 采煤機負壓降塵器高壓供水系統示意圖a）供水管路系統；b）高壓泵站系統1高壓泵站；2高壓供水管1（管徑25，從順槽泵站至工作面中間）；3變節頭（2519）；4高壓供水管2（管徑19，從工作面中間至采煤機機面）；5自動供水控制水箱；6水箱內置過濾器；7高壓水泵說明：由于采煤機負壓降塵器高壓供水系統，是在不改變采煤機現有水路系統基礎上新增加的一路高壓供水；因此，受采煤機現有電纜夾槽空間的限制，可能存

7、在著不能在夾槽內放置較大直徑的高壓膠管；為了盡可能減少管路造成的水力損失，在供水管路的選配上應做到相應的搭配。敷設于電纜夾槽內的高壓膠管直徑應不小于19，在直徑19的高壓膠管仍無法放入電纜夾槽時應考慮采用較小直徑的雙管路，如直徑13的雙路高壓膠管。3）主要研究改造內容（1）針對現場的實際情況，設計增加高精度過濾器提高水質，防止噴頭堵塞，保證噴嘴霧化效果；（2）對噴霧座底座和噴嘴角度及安裝位置進行研究設計，并實施改造，使噴射的水霧能封閉采煤機滾筒，降低采煤機割煤時工作面粉塵濃度；同時防止噴霧座和噴嘴損壞；（3）對高壓膠管的配置進行研究設計，重新組合保證流量；（4）對減壓閥的壓力進行調試使噴霧效果

8、達到最佳狀態。4）采煤機負壓二次降塵器系統的研制改造本系統的改造關鍵點也即技術難點：供水系統高壓水泵、自動供水控制水箱及供水管路的敷設，負壓二次降塵裝置與采煤機的連接。具體如下：高壓水泵的安裝與調試：為減少水頭損失，高壓泵進水管應盡可能的短，并且用適當長的軟管來隔離振動，高壓泵的加壓應緩慢進行，升壓過程中應隨時注意有無異常聲音及振動。第一次使用時應先將位于高壓泵液力端的安全閥完全開啟，使泵處于低壓啟動，對減壓閥的壓力進行合理調適，逐漸調節到所需工作壓力。自動供水控制水箱的應用：在正常工作下，為保證水流流經高壓水泵之前水量的平衡及壓力的穩定，從而使高壓水泵發揮最佳效用；在突然斷水狀態下或水壓不穩

9、的狀態下，使高壓水泵有一個緩沖時間，不至于空轉導致水泵燒壞甚至導致更嚴重事故的發生；水箱里面的過濾器可以對井下水質不太好的水進行第二次過濾，從而使流經高壓水泵的水真正無雜質，孔隙細小的噴嘴不至于堵塞，使噴霧效果達到最佳狀態。供水管路的敷設：根據電纜槽的空間大小，對高壓膠管的配置進行研究設計，重新組合保證流量，KJ-25與KJ-16或KJ-19搭配合適。負壓二次降塵裝置與采煤機的連接：對噴霧座底座和噴嘴角度及安裝位置進行研究設計，并實施改造，從而保證采高度的合適，同時防止噴霧座和噴嘴損壞，使噴射的水霧能封閉采煤機滾筒，降低采煤機割煤時工作面粉塵濃度；5）達到的技術指標和要求：高壓水泵額定壓力達到

10、10MPa，最大流量在4.5m3/h，汽霧流攔截粉塵屏障張開角度5582°，處理含塵風量在80100m3/min之間。項目完成后，噴嘴霧化效果顯著提高；噴射的水霧能封閉采煤機滾筒，降低采煤機割煤時工作面粉塵濃度，即降塵率達85。5.1.3 負壓二次降塵系統的安裝及應用1）負壓二次除塵裝置在采煤機上安裝采煤機負壓二次降塵器能否在采煤機上使用并取得應有的降塵效果，負壓二次除塵裝置在采煤機上安裝是前提，根據在采煤機上的應用實踐，采用將負壓二次除塵裝置固定在采煤機截割電機外殼上的安裝方式，使其噴霧控塵和負壓抽塵凈化能隨著采煤機搖臂同步升降，有效控制滾筒割煤產塵向外擴散，如圖5-3所示：圖5-

11、3 負壓二次除塵裝置在采煤機搖臂上的安裝示意圖1煤壁；2滾筒；3搖臂；4負壓降塵裝置；5抽吸風流負壓二次除塵裝置可采用下井前直接焊接在采煤機搖臂上，將負壓二次除塵裝置安裝連接架焊接在采煤機搖臂上（負壓二次除塵裝置通過連接螺栓與安裝連接架固定）以及利用捆扎鋼帶（鋼絲繩）將安裝連接架固定在搖臂上（負壓二次除塵裝置通過連接螺栓與安裝連接架固定）等幾種連接固定方式來實現，這幾種安裝方式均在不同類型的采煤機上得到應用并取得成功。根據采煤機的具體條件采用適合的安裝方式就能有效地將負壓二次除塵裝置固定在采煤機搖臂上。具體安裝在采煤機的兩端頭，用M24螺栓固定在采煤機兩端頭的連接板上，如圖5-4所示：（a）（

12、b）圖5-4 負壓二次除塵裝置在采煤機上的安裝示意圖（a）安裝平面示意圖；（b）安裝正視示意圖注：連接板與采煤機之間的固定方式有多種：如直接將連接板焊接在采煤機端頭，或用螺栓將連接板固定在采煤機機面上。不同型號或同一型號不同生產周期的采煤機負壓降塵裝置連接板的結構是不同的，應根據現場情況進行設計。2）高壓供水管路的敷設根據安裝實踐采用三種規格的高壓膠管將泵站的高壓水輸送到安裝在采煤機搖臂上的負壓二次除塵裝置，泵站至采煤工作面采用200米KJR25-II高壓膠管供水，沿工作面冷卻水管敷設，工作面至采煤機段采用150米KJR16-II高壓膠管供水，沿電纜夾槽敷設，輸送到采煤機的高壓水用2根15米K

13、JR13-II高壓膠管分別輸送到安裝在采煤機兩端搖臂上的負壓二次除塵裝置，形成完整的高壓供水系統。3）高壓泵站的安裝與試運轉高壓泵站一般采用兩泵一箱的布置方式，兩臺高壓泵交替使用，高壓泵采用BPZ75/12型，水箱采用體積小的ZGS-800型高壓自動供水箱，高壓泵站安裝在工作面順槽乳化液泵站處。高壓泵站可采用與采煤機聯動控制方式和單獨控制方式實現，這兩種控制方式均得到應用。（1）高壓泵安裝時應水平放置，安裝前應仔細檢查各部位在完好無損的情況下方可進行安裝。（2）為了減少水頭損失，高壓泵的進水管路應盡可能的短，并且用適當長的軟管來隔離振動；同時為了保證高壓水泵的工作可靠，進水管路應斜放以免產生氣

14、泡，確保供水連續、并且無紊動；（3）高壓泵在運轉前應將規定的潤滑油通過加油孔注入泵體，注入油量的多少以油池內的靜止油面保持在油鏡的2/3位置處為宜；（4）高壓泵在啟動前應將泵的壓力側完全開啟，檢查泵吸入段的接頭是否可靠，以免泵在運行過程中吸入空氣；讓水從泵的出口排出，將泵體水力段的所有空氣排出；（5）經空運轉正常的高壓水泵才可以加壓，加壓過程應緩慢進行，升壓過程中應隨時注意有無異常的聲音及振動，如有應及時停車進行處理；（6）高壓水泵和自動供水控制水箱的安裝應平穩、可靠，防止在使用過程中發生傾倒；5.1.4 負壓二次降塵系統的應用效果KCP-2F型采煤機負壓二次降塵器系統，2007年10月在漳村

15、礦2202工作面得到實施，高壓水泵額定壓力達到10MPa，最大流量在4.5m3/h，汽霧流攔截粉塵屏障張開角度55°82°，處理含塵風量在80100m3/min。安裝調試完成后，噴嘴霧化效果顯著提高；噴射的水霧能封閉采煤機滾筒，降低采煤機割煤時工作面粉塵濃度，現場實測降塵率達85%。井下應用情況圖片如下圖5-5。圖5-5 負壓二次除塵裝置井下應用效果從現場使用情況和效果來看，達到了預想的效果，實現了研制目標。5.2 綜放支架放煤口負壓捕塵裝置的應用目前國內綜放工作面煤塵防治現狀，與國家煤塵防治衛生標準相比還有較大的差距，針對低位后開天窗放頂煤液壓支架，實施以高壓水為動力源，

16、噴嘴、集流部件、控制部件、聯接部件、管路布置等結構合理匹配的負壓捕塵裝置對改善煤礦井下職工的工作環境、防治和降低井下職工塵肺病的發生具有重大的安全效益和社會效益。綜放支架放煤口負壓捕塵裝置將綜放面放煤口放煤時產生的煤塵控制在捕塵系統低壓分布區，一部分粉塵被捕塵裝置捕捉并被濕潤沉降排除，未被捕捉的粉塵控制在支架后部低壓區域，不擴散到人行道，實現綜放面放煤口放煤時，粉塵治與防的雙重效果。5.2.1 負壓捕塵系統的構造及工作原理1）系統的工作原理系統主要由負壓捕塵裝置、液控水閥和相關液壓管路構成。系統工作原理：由于負壓產生器產生壓力較高，產生的霧氣流速很快，動能較大，形成高壓射流，加之高速霧氣流的擴

17、散直徑大于負壓感應器直徑，把負壓感應器全密閉充滿，高速霧流在負壓感應器內呈紊流狀態高速推進，形成水霧活塞，負壓感應器前方的空氣被源源不斷的水霧推出去，負壓感應器的后部產生了很強的負壓空間場，因而可以把附近含塵濃度高的空氣吸入到降塵裝置內，粉塵與水霧在負壓感應器、流場加速器、混合效應管里不斷地結合、反復碰撞、重新組合，大部分粉塵與霧粒結合在混合發散器出口處沉降下來，從而起到負壓降塵的作用2。負壓感應器、流場加速器、混合效應管內粉塵的捕集可以分為以下四種方式：（1） 重力捕集：大塵粒依靠自身重力進入水滴；（2） 慣性碰撞捕集：較大塵粒在運動過程中遇到液滴時，其自身的慣性作用使得它們不能沿流線繞過液

18、滴仍保持其原來方向運動而碰撞到液滴，從而被液滴捕集；（3） 截留捕集：當塵粒隨氣流直接向液滴運動時，若塵粒與液滴的距離在一定范圍以內，該塵粒將被液滴吸引并捕集；（4） 布朗擴散捕集：微細塵粒隨氣流運動時，由于布朗擴散作用，而沉積在液滴上。系統的工作過程是：當尾梁插板油缸動作，即開始放頂煤工序時，控制進入插板油缸的油液分出一支進入聯控水閥控制油口，將聯控水閥打開，使高壓水進入負壓捕塵裝置，開始正常工作，實現放頂煤工作與負壓捕塵噴霧的同步進行。2）捕塵裝置的構造及原理負壓捕塵裝置主要由負壓產生器、射流定位器、負壓感應器、流場加速器、混合效應管、混合發散器、煤塵收集器接口、煤塵收集器組成，見圖5-6

19、。圖5-6 放煤口防塵、捕塵裝置1負壓產生器；2定位保護螺釘；3射流定位器；4負壓感應器；5流場加速器；6混合效應管；7混合發散器；8，9定位聯接板；10煤塵收集器接口；11煤塵收集器；12，13定位聯接板其工作過程：利用壓力水為動力，通過負壓產生器射流水質點的橫向紊動作用將負壓感應器4內的空氣帶走，形成負壓區，在裝置內外壓差作用下，含塵空氣不斷從煤塵收集器11流入負壓感應器4，并隨負壓產生器噴出的水流在混合效應管混合，此時2股流體速度逐漸趨向一致，在混合發散器中，煤塵被水霧充分包圍濕潤，最后被排出，結構簡單、除塵效率高，加工容易、安裝方便。5.2.2 負壓捕塵系統的FLUENT數值模擬在系統

20、研究中，將“氣”定為第一相，將水霧定位第二相，由于用水量受到很大限制，所以采用FLUENT中的離散相模型，利用歐拉多相流進行數據處理，仿真得到的相關圖像即數據如下所示。仿真中所建立模型沒有考慮煤塵收集器的影響，所劃分網格采用四面體形式3。圖5-7 空氣速度流場仿真從該圖中可以得到第一相（氣）的速度大小，在流場加速器部位，該相的最大速度為1.60m/s，在煤塵收集器接口處的流速為0.73m/s。圖5-8 空氣體積流場仿真圖5-9 混合壓力分布流場仿真從以上兩張圖可以看到水與氣的混合體積比例約為1/9，即能實現負壓噴霧降塵的液氣比為0.1左右，煤塵收集器接口處的負壓值為0.9MPa左右（相對于標準

21、大氣壓）5.2.3 負壓捕塵系統的幾何參數設計1）設計要求：（1）關于計算前的若干設定：動力源水壓P選擇為0.510MPa；噴嘴口直徑D為5mm；處理風量Q為5294.7m3/min。（2）除塵效率達98%。2）根據根據質量守恒連續方程、噴射器實驗基本性能曲線和經驗公式進行以下分析計算：（1）設高速流體從噴嘴中以V1速度噴出，帶動接受管中流體以V2流出，設兩者為同一流體。兩股流體在等直徑的喉管中混合，在喉管出口處的速度以V3計算。根據質量守恒連續方程知：A1V1+（A3-A1）V2=A3V3，并設氣（煤塵）、水兩相流為控制體，取A1斷面噴嘴口直徑為5mm，V1=31.3m/s，V3斷面喉管直徑

22、為57mm。經分析計算選擇喉管出口速度V3=，并將相應參數代入得V3=32.66m/s。（2）喉管直徑D1的確定：從空氣動力學考慮。式中：設V0=V3喉管流速，m3/s，取Q0處理風量取294.7m3/min。經分析計算得：57（mm）。（3）喉管長度L2=4D1=4×57=228mm。（4）喉嘴距Lc=3.5d1=3.5×5=17.5。式中噴嘴直徑d1取5mm。（5）漸縮管4大端直徑D2=1.58D1=1.58×57=90mm。（6）漸縮管4長度L1=1.7（D2-D1）=1.7（90-57）=56mm。（7）漸擴管7大端直徑D4=1.8D1=1.8×

23、57=103mm。（8）漸擴管7長度L4=4（D4-D1）=4×（103-57）=184mm（漸擴管的均勻擴散角=58º）。（9）噴嘴的耗水量，m3/s。式中：d0噴嘴口直徑，m；w水的密度，kg/m3；pw噴嘴入口處水壓，Pa；kw噴嘴耗水量系數。取d0=5×10-3m；w=1000kg/m3；pw=0.5×106Pa；kw=0.3。經計算得：Qw=11.17L/min。5.2.4 噴嘴的受力分析和強度校核1）噴嘴的形式選擇噴嘴一般可分為收縮錐形、流線形和孔板等形式，在此采用流線形。設噴嘴口直徑為d，噴嘴出口處有一圓柱段，其長度與噴嘴出口直徑有關，則長

24、度為0.25d，取d=5mm時，則長度為0.25×5=1.25mm。2）噴嘴的材料選擇和壁厚確定噴嘴的外殼材料選用45#鋼，屈服強度s=36kgf/mm2，取噴嘴的外殼內徑為30，動力源水壓為510MPa根據應力狀態理論、強度狀態理論分析：若在噴嘴的外殼上以縱橫兩組平面切出單元體，則該單元體受到兩個方向的拉伸，各截面上均無剪應力，作用在橫斷面上的和縱斷面上的都是主應力，在單元體的第三個方向上，因作用在內壁上的水壓和外壁上的大氣壓都遠小于和，可以認為等于零，所以噴嘴外殼應力可按二向應力狀態考慮。（1）從靜載荷考慮橫截面上應力計算噴嘴外殼壁厚：根據塑材料許用應力和安全系數、軸向拉伸或壓縮

25、時的強度條件，并將相應參數代入得：噴嘴外殼壁厚t=0.265（mm）。（2）以噴嘴筒壁的縱向截面上應力“計算噴嘴外殼壁厚：根據塑材料許用應力和安全系數、軸向拉伸或壓縮時的強度條件，并將相應參數代入得：噴嘴外殼壁厚t=0.531（mm）。（3）從動載荷考慮噴嘴筒壁的縱向截面上應力“計算噴嘴外殼壁厚：根據在工作過程中控制水閥頻繁開啟，可能產生水擊現象，取動載系數ka=8，現建立在動載荷情況下塑材料許用應力和安全系數、軸向拉伸或壓縮時的強度條件，并將相應參數代入得：噴嘴外殼壁厚t=4.249（mm）。5.2.5 供水管路系統主要技術參數綜放面負壓捕塵裝置的降塵效果與供水管路系統密切相關，所以必須對液

26、壓支架放煤口負壓捕塵裝置供水管路系統進行設計，系統主要技術參數如下：（1）噴嘴：綜放工作面液壓支架架間設噴嘴2個，支架前探設噴嘴一個流量均為5L/min，放煤口設噴嘴一個流量為11L/min，綜放工作面每個液壓支架供水量，按水壓范圍和所設噴嘴數目確定為2637L/min；（2）供水系統總壓力損失=P沿1+P沿2+P局2.6MPa；（3）供水管徑確定：泵站至工作面支架選用32鋼絲編織高壓膠管，支架至噴嘴選用13高壓膠管；（4）噴霧泵選型：首選國產噴霧泵PB-320/63型，其理論流量為320L/min，額定壓力為6.18MPa；支架放煤口放煤、移架自動供水工作原理主要用聯動閥來實現，支架放煤時，

27、收縮放煤千斤頂油路中分出一股乳化液進入聯動閥閥座的千斤頂收縮油孔后，打開控制水路的閥芯，使噴霧水接通，放煤口放煤和負壓降塵裝置開始工作，放煤完畢放煤千斤頂伸出關閉放煤口，此時，放煤千斤頂伸出時油路中分出一股乳化液進入聯動閥閥座的放煤千斤頂伸出油孔口，使控制水路的閥芯關閉，從而關閉了水路，支架放煤口降塵自動供水就此完成。移架自動噴霧的原理也是利用升柱和降柱時的乳化液來控制水路閥芯來達到自動噴霧的目的。5.2.6 控制煤塵飛揚擴散所需風量1）確定吸塵罩大小和位置的原則：對于控制液壓支架放煤口煤塵的設計要求，主要在液壓支架放煤口吸塵罩外則區域形成低壓空氣幕，按不完全密閉形式，塵源在吸塵罩外則利用吸風

28、速的控制粉塵飛揚，因粉塵控制區域吸入風速與吸塵罩口距離有關，并隨粉塵控制區域與罩口距離的平方而衰減，吸塵罩口形式、大小及安裝位置方法，可根據放頂煤液壓支架的架型參數和放煤口的空間位置來確定。2）吸塵罩口的速度場圓形吸塵罩口，其速度場計算與罩口有無擋板關系密切，在此按有擋板考慮。根據公式：ux=。式中ux表示距罩口xm處的風速，m/s；A表示罩口斷面積，m2；u0表示罩口處風速，m/s；根據上述負壓集塵器幾何參數與空氣動力學分析計算：取A=0.12585m2，罩口處風速u0=6.62m/s，根據ux=，經計算得：距吸塵罩口0.5m處的風速ux=0.5=0.42m/s；距吸塵罩口0.2m處的風速u

29、x=0.2=0.67m/s。3、負壓捕塵裝置吸罩口所需風量根據求要捕捉粉塵風速，可近似計算所需風量：依據風量計算公式：Q=0.75×（10x2A）ux，m3/s；式中：x粉塵與吸塵罩口距離；A表示距罩口斷面積，m2；ux表示距罩口xm處的風速，m/s；取x=0.5m、A=0.12585m2、ux=0.5=0.42m/s。代入風量計算公式：Q=0.75×（10x2A）ux，經計算得：距吸塵罩口0.5 m處所需風量Q=50m3/min；當取x=0.2m時，經計算得：距吸塵罩口0.2m處所需風量Q=16m3/min。5.2.7 應用效果通過實施綜放支架放煤口負壓捕塵系統，實現了放

30、煤口負壓捕塵裝置的自動工作；負壓噴霧的液氣比控制在10%12%以下；噴嘴出口霧流速度3040m/s；水壓在12MPa以上時霧流速度可達40m/s以上；放煤口的粉塵濃度可降低8085%；在不高的水壓（8MPa）條件下，降塵率可達70%以上，若條件許可，再提高水壓，降塵率可達到80%的要求。5.3 噴霧泵配套旋流過濾器的應用5.3.1 原始過濾器存在的問題由于水資源的匱乏，所用的噴霧水源為礦井水經地面沉降、過濾凈化后的復用水。由于水質問題，噴霧降塵所用的噴嘴經常發生堵塞，影響防塵工作的正常進行。采用地面凈水器和沉淀池凈化，由于水的用量較大，水沒有足夠的時間沉淀及流動沖擊作用，處理后的水雜質含量很高

31、，不宜直接用于水噴霧，凈水器體積大、結構復雜，只適用于地面水源凈化，且井下防塵用水管道經常拆裝等原因，雜質煤粉等不可避免進入管道，造成噴嘴堵塞問題。因此在井下噴霧之前必須安裝水凈化處理裝置。以往單純的網式、線隙式、燒結式過濾器，若采用細目濾芯，使得空間受到限制，過濾面積小，阻力損失大，濾芯易堵塞；若采用粗目濾芯，細顆粒物雜質濾不掉，不能解決噴嘴堵塞問題。煤礦井下噴霧通常使用RG20L型直通過濾器，其主要缺陷是：（1）儲存濾物的空間??；（2）較大顆粒物受水流作用易附著在濾網上，影響過濾器的過水能力，增大了壓力損失，影響霧化效果；（3）大量雜物一直在濾網附近受水流沖擊，部分懸浮物易通過濾網，使噴嘴

32、發生堵塞的可能性增加；（4）靠濾網過濾，濾網網孔大，過濾效果差；濾網網孔小易堵塞，影響過水能力，增加維護工作量；（5）因采用反沖法清除濾網上的懸浮物，需停止正常供水，影響生產，操作麻煩4。5.3.2 新式旋流過濾器的開發及優勢1）開發及結構特征煤礦生產中普遍使用的與井下噴霧泵配套的過濾器組主要由鍛壓或焊接成型的圓筒殼體、濾網、排污口組成。由于沒有擋塵措施，且進水口在過濾器的底部，沒有沉淀過程和存儲空間，顆粒物及懸浮物等雜質不能有效沉淀，濾芯堵塞問題嚴重，過濾器不能正常工作。新式旋流過濾器以旋流式沉淀除塵為主，網式過濾為輔。能快速排污的旋流過濾器。該旋流過濾器的結構是，將過濾器的圓筒式殼體適當加

33、長，過濾器進水口位于殼體的上部三分之一處，且由切線方向進入，在殼壁對水流施加的向心力的作用下，在器內形成旋流，使水中雜質在離心力的作用下甩向筒壁，并靠自重而沉淀。為了加速雜質的沉淀，在過濾器殼體內壁設置了3至4塊圓環錐形擋塵板，擋塵板與殼體軸線的夾角為30°60°，大口朝上，上周邊與殼體內壁焊在一起。擋塵板既可防止雜質上浮，又給雜質一定的向下重擊力，且降低過濾器下部水的旋轉速度，加速雜質沉淀，使濾罩處的雜質減少，濾網不易堵塞。為了提高噴霧用水的霧化效果，可將圓環錐形擋塵板用磁化鋼板制成5。如下圖5-10所示為旋流過濾器的結構示意圖。圖5-10 旋流過濾器的結構剖面示意圖1進

34、水口；2殼體；3濾罩；4出水口；5端蓋；6檔塵板；7排污閥；8排污管由于過濾器進水口與排污口之間有三分之二殼體長度的沉淀空間，使雜質能形成一定的沉降過程和儲存能力，有利于雜質的沉淀和儲存。將過濾器底部靠近排污口三分之一設計成圓錐體形，便于雜質沉淀在一起，以利于排污。為了提高濾網的過濾面積和抗沖擊能力，將濾網附著在圓柱形的剛性框架上，形成過濾罩，增大了濾網的過濾面積，降低了噴霧用水的阻力損失，并使濾網的使用壽命大大延長。2）旋流過濾器的優勢旋流過濾器主要技術特征是以旋流沉降為主，網式過濾為輔，并能不停水排污。水流在圓筒形過濾器殼體內部以切線方式進入，在殼壁對水流施加的向心力的作用下，在器內形成旋

35、流。在旋流產生的離心力、過濾器內的圓環錐形擋板和雜質自重的作用下，使雜質沉降于過濾器下部的錐形儲存空間內，用下端的排污口在不停止供水的情況下定時排污。過濾器上部過濾網對比重較小不能沉降的雜質起到進一步過濾的作用。噴霧配套的旋流過濾器技術在潞安集團各礦進行了推廣應用，并取得了較好的經濟效益和社會效益。它與煤礦井下傳統使用的網式直通過濾器比較，具有以下優點：（1） 靠旋流作用可過濾掉一些濾網不能濾掉的細微雜質，過濾性能明顯提高；（2） 減少了濾網的過濾承載量，使濾網不易堵塞和損壞，且更換簡便，維修方便，延長了過濾器的使用壽命；（3） 濾網罩為柱狀體，過濾面積大和濾網堵塞程度的降低使得過濾器壓力損失

36、降低，提高了工作點的霧化效果；（4） 排污方便，無須停水排污，一般不需反沖法清洗，不影響生產。5.3.3 新式旋流過濾器的應用FXG-I型旋流過濾器首先應用于潞安礦區王莊煤礦1303下運工作面。該工作面位于山西組3#煤層，煤層埋藏深度為200m，煤層厚度7.08m，傾角3.4°5.06°，硬度f=13，工作面涌水量20m3/h。工作面長度182m，推進長度為130m，采煤方法為走向長壁全部垮落法，分層綜采，開采下分層。采煤機為MXA-300型，支架為ZY-35型液壓支架，作業形式為兩采一準，日循環為8個，循環產量434.89T，平均日產量3135T。FXG-I型過濾器安裝在

37、王莊礦1303工作面運輸巷的電器列車上，主要擔負轉載點、破碎機、機頭轉載點和采煤機、支架噴霧用水系統的過濾。該系統設計噴霧用水量為110L/min，供22個噴嘴噴霧之用，每個噴嘴流量為5L/min。在過濾器安裝前，歸過濾器頂蓋密封圈進行了加工改造，并加工制造了過濾器進水口，出水口連接件，以便于按照壓力表、流量表等測試儀器和便于取水樣。具體結構參數見下表5-2。表5-2 旋流過濾器的結構參數：技術參數工作壓力（MPa）流量（L/min）旋流圓筒直徑（mm）旋流圓筒高（mm）進水口與出水口高差（mm）進、出水口直徑（mm）重量（kg）13.51005273257005005035進水口連接件是由2

38、寸鋼管、2寸球形截止閥、壓力表座及表座上的25閥門組成。過濾器的結構及在管路中的安裝示意圖如下圖5-11：圖5-11 旋流過濾器的結構及安裝示意圖1過濾器外殼；2過濾器進水口；3過濾器出水口；4過濾器排污口；5排污口閥門；6進水膠管；7壓力表；8壓力表座閥門；9壓力表座；10流量表；11球形截止閥；12出水膠管；13電氣列車5.3.4 新式旋流過濾器的應用效果為考察新式旋流過濾器的應用效果，應先對其壓力、流量等相關運行參數進行測定。1）壓力及阻力測定在過濾器進水側和出水側的壓力表座上分別安裝上2.5MPa的壓力表，打開表座上的閥門，在過濾器正常工作狀態下，過濾器進、出水側的壓力分別為1.6MP

39、a和1.58MPa；其壓力損失0.02MPa，在關閉出水側閥門的狀態下，其噴霧水的靜壓力為1.85MPa。2）流量測定在正常工作狀態下，即所擔負噴嘴都噴霧的情況下，實測過濾器的流量為115L/min。由以上壓力和流量的測定可以看出，因該旋流過濾器的濾網罩的結構為圓臺式，使其過濾面積大大增加，因而所造成的壓力損失很小。流量和壓力均能滿足噴霧用水的要求，水壓對過濾網也不會造成破壞作用。3）取水樣化驗取水樣方式為：（1） 進水側和出水側水樣是由軟膠管將壓力表座與塑料水壺連接起來，打開表座上的閥門，每次取三分之一，間隔為20分鐘，分三次取夠一個水樣5L，以盡可能使水樣具有普遍性。（2） 排污口的水樣是

40、用軟膠管將排污口與塑料水壺連接起來，打開排污口上的閥門，一次取夠一個水樣5L，以盡可能取到排出的污物。第一次取樣工作于10月17日下午完成，過濾時間（即上次排污與本次排污的間隔時間）為4天，分別對過濾器出水側、進水側和排污口取樣3個，24小時之內送往中國輻射防護研究院柯菱環境技術公司分析化驗。第二次取水樣時間為10月30日，過濾時間為2天。第三次取水樣時間為11月8日，過濾時間為7天。在此次對排污取樣時，因連接軟管破裂，沒有取到排污水，在污水排出后，所取到的3#水樣仍為進水側水樣。同時在與高工作面鄰近的采用同一水源的13通52水平大巷，對所使用的直通式過濾器的進水和出水進行了取樣。三次取得的水

41、樣分析化驗結果及對比情況見下表5-3。表中，樣品1#、2#、3#分別為旋流過濾器出水、進水、排污水樣。4#、5#分別為直通式過濾器的出水、進水水樣。表5-3 取水樣化驗分析對比表過濾器形式取樣時間過濾時間（天）水樣編號懸浮物濃度（mg/L）過濾降低值（mg/L）最大粒徑（m）過濾效果（%）濾網目數（目）旋流式10月17日48.903.125.838012.0438.81710月30日212.49.844.148022.2503.85.611月8日740.3714.88047.34.6直通式118.316.57804）結果分析（1）過濾效果隨過濾時間的延長而降低從分析化驗結果（圖5-12）來看，在過濾器排污間隔時間（過濾時間）為2天的情況下，進水側與出水側懸浮物濃度分別為22.2mg/L和12.4mg/L，過濾效果為44.14%；過濾時間為4天時，進水側與出水側懸浮物濃度分別為12.0mg/L和8.9mg/L，過濾效果為14.8%，過濾效果隨過濾時間的變化規律如下圖所示。在及時排污的情況下，過濾效果較理想，隨著過濾時間的延長，過濾效果越來越差；最佳過濾時間，即排污間隔時