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1、大型掘进机外置喷雾装置项目说明书专业:煤矿开采对外合作办学项目成员：张翔扈彪王博平顶山工业职业技术学院2013年12月目录1 .概述1.1项目简介31.2研究的目的意义31.3国内外技术现状42 .研究内容与关进技术2.1主要研发内容42.2技术及考核指标52.3关键技术62.4技术路线73 .技术路线3.1喷雾降尘关键技术分析73.2技术方案83.3创新点93.4先进性与可行性评价114 .项目实施的保障措施4.1本项目现有的基础174.2相关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩184.3已具备的实验条件195 .预期经济，社会效益196 .实施计划211、概述11、项目简介我们这次研究的项
2、目是部分大型掘进机没有降尘设备对于进行改进带来的 困扰。我们研究的项目的主要问题：部分大功率掘进机没有降尘设备，这在现在矿井 生产中掘进工作面没有降尘设备是很大的困扰，我们在平时的学习中了解到煤尘 是可爆炸物质，当掘进工作面的煤尘达到20%-38%遇火花即会爆炸，同时煤尘 对人的身体伤害也很大，煤矿工人长期吸入煤尘后，轻者会患呼吸道炎症、皮肤 病，重者会患尘肺病，而尘肺病引发的矿工致残和死亡人数在国内外十分惊人， 所以对降尘这项工作不容置疑。粉尘问题是煤矿井下常见的四大灾害之一，为了 有效治理粉尘的危害，多种降尘技术已在井下得到广泛应用，其中掘进机喷雾降 尘是煤矿井下最为常见的降尘方法之一。掘
3、进机的喷雾系统一般由两部分组成， 一部分是外喷雾系统，另一部分是内喷雾系统。外喷雾系统因其工艺简单、安装 方便，在实际掘进工作中得到普遍应用。但外喷雾系统的喷头离产尘点较远，不 能在第一时间将粉尘灭掉，因此灭尘效果不佳。内喷雾系统的喷头布置在炮头截 齿螺旋线上，它可以随炮头一起旋转，不仅能够在第一时间将粉尘灭掉，而且可 以为截齿降温，具有良好的使用效果。但是，内喷雾系统工艺复杂、维护困难， 密封要求较高。在持续动态工况下极易出现泄漏，而一旦出现泄漏便不可逆转， 使整个内喷雾系统无法正常工作，并且会对相邻的零件如减速机、截割臂构成威 胁，因此，掘进机内喷雾系统在煤矿企业实际工作中并没有得到良好应
4、用。12、煤（岩）尘的产生、认识和危害煤矿防尘是指防止煤矿生产过程中所产生的各种矿物细微颗粒的总称。煤尘 的危害极大，它不仅污染作业环境，影响矿工的身体健康，而且煤尘的爆炸还会 造成重大人身伤亡事故。在采煤过程中巷道中飞扬着的煤粉。煤尘污染空气，影 响矿工身体健康，在空气中达到一定浓度时遇火会引起爆炸造成灾害。细微颗粒 的煤炭粉尘。是矿山五大自然灾害之一。（瓦斯，煤尘，水，火，顶板）可引发 矿工的煤肺病。当其浓度和氧气浓度达到一定界限并有明火时可发生煤尘爆炸， 其危害性十分巨大。（1）采煤工作面的产尘。采煤工作面的主要产尘工序有采煤机落煤、装煤、 运煤、液压支架移架、运输转载、人工摧煤、爆破及
5、放煤口放煤等。（2）掘迸工作面的产尘。掘进工作面的产尘工序主要有机械破岩（煤）、装揣、 爆破、煤肝运输转载及锚喷等。（3）其他地点的产尘。巷道维修的锚喷现场、煤炭的装卸点等也都产生高浓 度的矿尘，尤其是煤炭装卸处的瞬时矿尘浓度，有时甚至达到煤尘爆炸浓度界限， 十分危险，应予以充分重视。综掘工作面的粉尘是指弥漫在综掘工作面范围内，能够较长时间呈悬浮状态 的微小粉尘颗粒。粉尘主要来自截割过程中截齿与煤壁接触挤压形成密实核，密 实核破碎而成粉尘状掉落下来形成的煤尘，降落的煤尘随着截割滚筒的旋转而飞 扬，进入运动的气流中扩散；在工作面通风、切割头旋转及煤下落形成的风流作 用下也会产生粉尘，这些粉尘呈悬
6、浮状态随着工作面风流扩散；在掘进机装载、 转运过程中也会产生大量的岩尘和土尘。如果不在产尘源及时灭尘，则会使煤尘 充斥整个巷道，在整个综掘工作面上百米巷道中造成很严重的煤尘污染。九十年 代以来，随着高产高效工作面被广泛推广应用，综掘技术迅猛发展。由于综掘工 作面环境的特点，掘进迎头为一“堵头”，风流遇煤壁后折回，携带大量粉尘吹向 掘进机，致使粉尘在整个工作面飞扬，空气遭到严重污染，严重危害矿工的身体 健康（煤矿肺尘患者中85%以上发生在掘进工作面）、加速掘进机械的磨损、降 低掘进机司机的视觉能见度而增加事故发生几率，当直径小于0.751.0mm的煤 尘达到一定浓度时很容易引起煤尘爆炸。掘进工作
7、面的防尘一直是井下防尘的重 点。由于掘进作业的特殊性，许多可以在综采工作面应用的除尘技术并不适合综 掘工作面。从掘进机的产尘机理分析中可以看出，最好的防尘技术措施应针对粉 尘的形成处，即在截割煤炭时，减少粉尘的形成，其次是尽可能地在粉尘的形成点就近使粉尘凝聚。煤矿井下 “飞扬1*的景象综上所述煤（岩）尘的危害主要有如下几点：对人体健康的危害：如果人的肺部长期吸入大量的矿尘（煤尘），就可能 得（煤）肺病，肺病是目前危害较大的一种矿工职业病。煤尘爆炸的危害：井下煤尘在一定的条件下，能发生爆炸事故，伤亡人员， 破坏设备和毁坏整个矿井，造成严重的灾害。矿煤尘对设备、仪器仪表的危害：他能加速机诫磨损，减
8、少机诫、仪表的 使用寿命和降低其检测精度。矿煤尘污染环境，使工作场所的能见度降低，工伤事故增加，工程质量下 降粉尘和煤尘对煤炭生产的安全和工人的健康构成了很大威胁，它们都是引起尘 肺病的重要来源。更重要的是粉尘具有荷电性，当粉尘在空气中达到足够的浓度， 容易引发粉尘爆炸，造成矿毁人亡。为改善矿井工作环境，保证煤矿的正常生产。1.3、研究的目的意义(1) 增加喷雾装置能有效降尘。喷雾降尘是一种新型的降尘技术，其原理是利用喷雾产生的微粒由于其及其 细小，表面张力基本上为零，喷洒到空气中能迅速吸附空气中的各种大小灰尘颗 粒，形成有效控尘。对大型开阔范围的控尘降有很好的效果。同时这种效果完全 是一种雾
9、化效果，绝不产生水滴和潮湿。(2) 增加喷雾装置能防止煤尘爆炸的几率。煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧化 的反应过程，是一种非常复杂的链式反应，一般认为其爆炸机理及过程如下：煤 本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的 能力大大增可，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；当温度达到300400C时， 煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体，主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、 丁烷、氢和1%左右的其他碳氢化合物；形成的可燃气体与空气混合的高温作用下 吸收能量，在尘粒周围形成气体外壳，即活化中心，当活化中心的能量达到一定 程度后，链反应过程开始
10、，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；闪燃所形成的 热量的传递给周围的尘粒，并使之参与链反应，导致燃过程急剧地循环进生，当 燃烧不断剧使火焰速度达到每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃 式地转变为爆炸。（3）增加喷雾装置能降低工人“尘肺病”的发生。尘肺病人由于长期接触生产性尘，使呼吸系统的防御机能受到损害，病人抵 抗力明显降低，常发生多种不同的并发症。1.4、国内外技术现状部分大功率掘进机没有降尘设备，这在现在矿井生产中掘进工作面没有降尘设 备是很大的困扰，我们在平时的学习中了解到煤尘是可爆炸物质，当掘进工作面 的煤尘达到20%-38%遇火花即会爆炸，同时煤尘对人的身体伤害也很大，煤矿
11、 工人长期吸入煤尘后，轻者会患呼吸道炎症、皮肤病，重者会患尘肺病，而尘肺 病引发的矿工致残和死亡人数在国内外十分惊人，所以对降尘这项工作不容置 疑。随着国内煤矿行业装备现代化进程，综掘机系列大型机械装备已经普片进入 采矿业。大型机械装备的使用极大的提高了工作效率，也大大的降低了矿工的体 力劳动强度。但是随之而来的是矿井粉尘在短时间内大量产生。煤矿粉尘的危害 众所皆知，煤矿工人如果长期工作在粉尘大量积聚的环境下，不可避免将引发职 业病，严重危害职工身体健康。结合国内外先进技术，我公司技术和煤矿技术人 员合作开发了矿用掘进机高压喷雾降尘装置。2、研究内容与关键技术2.1、主要研发内容随着综采技术的
12、提高，煤矿粉尘危害已经成为较突出的问题，综采工作面 产尘约占整个矿井产尘 量的60%70%，而采煤机割煤时的产尘 占整个 采 煤工作面产尘的70%左右。采煤机采煤时粉尘浓度可高达3 000 mg/m35 000 nag / m3，高浓度的粉尘严重危害人体健康，并给矿井安全生产带来事 故 隐患。针对这一问题全世界各大采煤机生产厂商和一些研究机构提出了不同的解 决方法，其中最主要的方法是掘进机上使用内喷雾加外喷雾的方 法。掘进机就 是采用的外喷雾与内喷雾相结合的方法。外喷雾装 置：喷嘴装在掘进机的壳体 上，从机体喷向滚筒；内喷雾装置：喷嘴装在滚筒的齿根部，从滚筒齿根部 喷向截齿。实践证明，原喷雾装
13、置不能满足生产实际需要，灭尘效果很不理 想，其原因有二：a.由于外喷雾装置体积小，喷嘴处压力虽能满足要求(不 得小于1.5 MPa)，但喷嘴处供水量不足。b.由于内喷雾装置供水管道要通过旋 转的滚筒和轴，而且还要通过截齿的齿座，活动联接比较多；其次，内喷嘴处的 压力要求为不得小于2 MVa，密封的可靠性能难以保证；喷嘴也容易堵塞和损 坏。从而不得不降低喷嘴处的供水压力，结果雾化质量不好。嘉乐泉煤矿多次对 采煤机的喷雾装置进行分 析，并对其结构进行了改进，由原先内喷雾与外喷雾 结合的方法，改为只用外喷雾装置。改进后，结构简单，结实耐用，解决了喷 嘴易堵塞、易损坏等问题，并通过井下多次试验，证实了
14、该改进装置降尘效果良 好。22、喷雾降尘技术常规喷雾除尘形式为：重力沉降、惯性碰撞、惰性凝结、扩散捕集。喷雾喷 出的雾状液体与固态尘粒的惰性凝结使尘粒湿润，自重增加而沉降，产生凝聚作 用。当风流携带尘粒向水雾粒运动并离开雾粒不远时，就要开始绕流水雾运动。 风流中质量较大，颗粒较粗的尘粒因惯性的作用会脱离流线而保持向雾滴方向运 动。如不考虑尘粒的质量，则尘粒将和风流同步，因尘粒有体积，粉尘粒质心所 在流线与水雾的距离小于尘粒半径时，尘粒便会与水雾滴接触被拦截下来，使尘 粒附着于水雾上，产生拦截捕尘作用。对于细微粉尘，特别是直径小于0.5网的 粉尘，由于布郎扩散作用，可能被水雾粒捕集，产生扩散捕集
15、。喷雾降尘机理对 于喷雾降尘来讲，喷雾效果直接影响除尘效果，决定喷雾效果的因素主要有水、 喷嘴、喷雾系统的参数和布置。(1) 水的特性对喷雾降尘效果的影响综掘工作面喷雾系统的工作介质是水。在系统运行过程中，液态水从常压状态，经加压管路或喷雾泵增加到一定的压力，再经雾化喷嘴，将压力液态水雾化， 然后水雾以一定的运动规律与煤尘发生碰撞、拦截、扩散和沉降等作用，最后达 到降尘的目的。在此过程中，水作为工作介质对喷雾系统有着十分重大的影响。 水的特性影响喷雾降尘的因素有：从地面水池到掘进工作面有相当长的供水管 路，这就难免造成喷雾用水中含有较多杂质，而喷雾系统中的关键元件雾化喷咀 的孔径十分微小，极易
16、造成堵塞，导致喷雾系统失效，这是目前国内外掘进机喷 雾系统不能正常工作的重要原因之一。水的物理机械特性表明，水的表面张力 对雾化及降尘效果影响最大。当水与固体接触，由于水表面张力的存在以及水与 固体附着力大小的不同，有的固体能润湿”，有的就不能“润湿”。水的酸碱性 对喷雾系统也有影响。水质酸性或碱性过大都会加快各金属部件的腐蚀，不仅会 降低管路及元件的使用寿命，而且可能阻塞管路或喷咀，严重影响喷雾效果。 水的荷电性对喷雾降尘有很大的影响，大多数尘粒带有正电荷，而细小的雾粒带 有负电荷。这就导致荷电雾化技术的出现，并得到广泛的应用。但是，这一技术 在高瓦斯矿井的应用受到限制。针对上述因素，相应的
17、解决方案有：针对水中 杂质的问题，最主要考虑的问题是过滤精度，过滤精度的选择约为喷嘴出口直径 的0.10.5倍之间，选用精过滤器同时要考虑损失问题。尽量改善水的物理机 械特性，通过减小水的表面张力，以获得较好的与粉尘的亲和能力。研究试验证 明，在水中添加表面活性剂和湿润剂，可以降低水的表面张力，提高水溶液的湿 润能力，能得到明显的降尘效果。改善水的酸碱度，以减小对管路和喷嘴的腐 蚀。减小雾粒的粒度，同时增加其速度，可以使雾粒获得较高的荷电性能，从 而提高其捕尘能力。(2) 喷嘴参数对喷雾降尘效果的影响当水射流用于喷雾降尘时，一般选用 雾化型喷嘴。喷嘴达到将压力能转化成速度能的目的。对雾化型喷嘴
18、，除了使雾 滴有较高的运动速度外，还要使雾滴分布均匀和具有大的扩散面积。在实际设计 过程中，这种喷水流段各部位的尺寸和加工状况对雾化质量影响较大。喷嘴的主 要几何参数包括喷嘴的收缩角、入口和出口过渡形状及圆角的曲率半径、出口直 径等。(3) 喷雾系统的参数和布置一般情况下，喷雾压力越高，降尘效果越好。但压力过高不仅会导致喷雾 泵在较高压力下工作，耗电多，不利于喷雾泵的使用寿命，而且会造成对喷雾泵 到喷嘴水路的维护困难，极易使管路破损。因此，在满足喷嘴雾化降尘效果较好 的前提下，应尽可能地限制采煤机内喷雾系统的压力，以降低系统的运行成本。 随着喷雾流量的增加，降尘率也相应提高。但是喷雾流量的增加
19、也带来一些问题， 流量的增加会增加煤的水分，影响到煤的质量及售价;对于某些具有膨胀性的底、 顶板工作面，将造成巷道的底鼓和变形；水煤还将使输送机皮带打滑。因此，喷 雾流量必须控制在合理的范围内。此时系统压力与流量的参数匹配是低压喷嘴实 现高效雾化的关键技术。在喷雾系统的布置上，应该注意机头喷雾，要使雾体覆 盖截割头，最大限度地防治煤尘逃逸；并且辅以水帘，采用倾斜喷雾以形成水平 或倾斜雾柱，从而提高降尘有效时间和雾粒与尘粒的相对碰撞速度，最终达到提 高降尘效率的目的。2.3、关键技术（1）技术分析掘进工作面降尘技术通常采用的降尘方式可归纳为两大类：干法除尘与湿法 除尘。干法除尘是采用集尘器收集粉
20、尘，然后进行清除。集尘器的原理大多采用 文丘里原理，即让高速风流或者水流通过特定的变截面装置形成的负压，达到吸 尘的目的。对于收集到的含尘气流也有多种处理方式，如重力沉降、静电吸附、 活性碳吸附等。常见的十式除尘装置有重力沉降室、旋风除尘器、布袋除尘器、 静电除尘器等，各针对不同粒径的尘粒具有很高的除尘效率，但是干式除尘大多 采用集尘方式工作，并且只能应用于特定环境中，难以在综掘工作面推广使用。 湿式除尘的工作介质大多采用水雾。对湿式除尘的研究与应用也比较多，将磁、 声、电等领域的新技术引入喷雾降尘的研究，出现了许多高效、先进的喷雾降尘 技术，如声波雾化技术、磁化水降尘技术、预荷电喷雾降尘技术
21、以及高压喷雾降 尘技术。虽然有些技术离推广适用还有一定距离，但是对它们的研究正在取得不 断的进展。从煤矿生产的环保趋势和目前降尘技术的应用方向来看，煤矿井下包 括综掘综采工作面的降尘技术的研究将向自动化和细微化方面发展。基于就近降 尘的原则，机头喷雾降尘的降尘效率最高，故掘进工作面大都采用此方法降尘。因而，对掘进工作面喷雾降尘机理及喷雾降尘主要影响因素的分析研究，对提高 掘进工作面喷雾系统设计及提高降尘效果有显著的意义。（2）喷雾系统技术参数务JU央啧3T压力1L5唆新淋量押】扁rd34)1射程侦6,73415条件算化知7554S等化殖明 粒径小于FM3M3喜段苒电临中性106,ft电蹈LiT
22、电怒W2.4、技术路线Solid Edge这个软件易学易用，在零件设计、自由曲面设计、2D3D混合设 计、二维转三维技术等方面独具特色，尤其是其符合企业要求的工程图设计，钣 金设计、塑料件设计、管道、线缆、钢结构设计、智能企业知识库以及紧固件系 统等方面，性能优越，可以大大提高工程师的设计效率。然后采用SE里的装配功能，把之前画好的零件图导入，进行装配。这样设 备的大致形象已完成。同时我们的项目还采用了 KeyShot4, KeyShot4是一个很好地工具，把制作 的模型进行渲染后可以更加体现模型的逼真性。Movie Maker是windows附带的一个影视剪辑小软件，功能比较简单，可以 组合
23、镜头，声音，加入镜头切换的特效，只要将镜头片段拖入就行，很简单，适 合家用摄像后的一些小规模的处理。同时还能用于公司项目的介绍，更利于我们 介绍自己的项目。我们的这次项目研究的喷雾是掘进机外置喷雾，所以这个喷雾装置要先有承 载水的水箱，打开SE软件建立草图制作一个长200，宽200的水箱底板，进行实 体拉伸10厘米厚，在水箱底板上面建立草图制作出长200宽100的水箱体进行水箱承载。再制作齿轮泵的固定挡板，同时在水箱与固定挡板的之间建立抽水空 间来连接水管。下面的是水箱的工作步骤与整体图效：这个水箱是可移动的、草囹5拉伸3草图7拉伸4草囹8除料2草囹11拉伸6草图12拉伸7除料3草囹15拉伸8
24、拉伸9草图16拉伸10拉伸11草囹17拉伸12矿井工作面地面曲(XZ)坡度较大、不是那么平是犹-也草囹18 J 也面往下面运输时方便，井下仍 轮水泵,，DtS早囹19（1）输送液体平稳，无麻动，震动小，噪音低；能f裆草囹箜能；J拉伸17的材料，可输送多种有腐蚀性的介质，使用温度可达 除料6站草囹28坦所以水箱的移动仅限于出水泵我们采用的是齿（2）有很强的自吸性（3）正确的选用零件200 度;齿轮水泵的优势:（4）内外转子转向相同，磨损小，使用寿命长;需要运输机运行。（5）泵的转速与流量程线性函数关系，可适当改变转还来改变泵的流量。然后建立SE零件图制作出主副齿轮、齿轮泵身、齿轮盖、齿轮轴。下面
25、是 我们齿轮泵的装配模型与各个零件的SE制作步骤：1 2 .!1. o 1 rzZ3 2 4 3 4 7 6 1 7 1 3 8 角角 (Y(x图伸图料料图料图料图伸料倒倒 右前草拉草除除草除草除草拉除圆圆 e嗣田嗣U禺禺禺田UJJ1? 5 6 o 1 7 2 3 8 4 5 _y O 2 7 4 -_r OM- 0. 4x ro4xTlr.l-*ol_l_IE 1X 1x 1x 1x 1x 1x 1x 1x 1x 1x 0. _.1X 0. 伸囹伸囹料图伸图伸料图伸伸图伸伸图伸伸图伸伸图图图伸图知 拉草拉草陈草拉草拉除草拉拉草拉拉草拉拉草拉拉草草草拉草燃I ,-单简构结8留只能渲染单个零件。
26、首先打开了 KeyShot4,点击导入选择要导入的文件如图所示：选中要渲染的文件，进行导入如图下所示:然后点击项目功能，在里面设置要渲染的条件同时设置渲染的材质，根据个 人需求设置材质类型，如图下所示：名称：啧嘴-曲仍眺*I保存到库I漫反射售 果sisif si UK玻璃明专用材质-类型:-坦面H8-平地在选取完材质后，可以在环境界面设置渲染背景，可以自定义导入背景，这 里就我选择默认的背景，然后把渲染后的图片保存截图如下:通过项目的制作不仅让我利用的课堂上学习的SE软件，同时让我学习了 movie maker， keyshot4，这些软件的结合使用对企业降低成本、加快产品的设 计创新、提高企
27、业的产品的市场竞争能力具有重要价值。当然这次的项目学习、让我了解到设计或者研发一些东西是不能凭空想象 的，要能绘出蓝图，让这些想法有所依据。1、高压喷雾装置喷射的雾流速度高、涡流强度大，可以有效的对粉尘迁徙 的空气流场进行干扰，引导粉尘的沉降路线进行捕集。2、水滴雾化效果更佳（相对低压喷雾），相同体积水分散成更多细小水粒， 使吸附粉尘的有效面积增大，吸附粉尘的能力大大提高。3、雾粒运动速度高，雾粒携带的动量大，能够有效的对粉尘颗粒进行碰撞、 拦截，将粉尘凝结沉降。4、高压喷雾产生的水雾荷电效应好，使雾粒对粉尘的静电吸附作用大，能 够有效的捕集降尘。5、多束高压喷雾的水雾流可以形成一个相对封闭的
28、空间阻滞粉尘的扩散速 度，使粉尘滞留在一个可控制空间便于水雾的捕捉。3、技术方案与评价3.1、喷雾降尘关键技术分析:对于喷雾降尘来讲，喷雾效果直接影响除尘效果，决定喷雾效果的因素主要 有水、喷嘴、喷雾系统的参数和布置。（1）水的特性对喷雾降尘效果的影响：综掘工作面喷雾系统的工作介质是水。在系统运行过程中，液态水从常压状 态，经加压管路或喷雾泵增加到一定的压力，再经雾化喷嘴，将压力液态水雾化， 然后水雾以一定的运动规律与煤尘发生碰撞、拦截、扩散和沉降等作用，最后达 到降尘的目的。在此过程中，水作为工作介质对喷雾系统有着十分重大的影响。水的特性影响喷雾降尘的因素有： 从地面水池到掘进工作面有相当长
29、的供水管路，这就难免造成喷雾用水 中含有较多杂质，而喷雾系统中的关键元件雾化喷咀的孔径十分微小，极易造成 堵塞，导致喷雾系统失效，这是目前国内外掘进机喷雾系统不能正常工作的重要 原因之一。 水的物理机械特性表明，水的表面张力对雾化及降尘效果影响最大。当 水与固体接触，由于水表面张力的存在以及水与固体附着力大小的不同，有的固 体能“润湿”，有的就不能“润湿”。 水的酸碱性对喷雾系统也有影响。水质酸性或碱性过大都会加快各金属 部件的腐蚀，不仅会降低管路及元件的使用寿命，而且可能阻塞管路或喷咀，严 重影响喷雾效果。 水的荷电性对喷雾降尘有很大的影响，大多数尘粒带有正电荷，而细小 的雾粒带有负电荷。这
30、就导致荷电雾化技术的出现，并得到广泛的应用。但是， 这一技术在高瓦斯矿井的应用受到限制。针对上述因素，相应的解决方案有： 针对水中杂质的问题，最主要考虑的问题是过滤精度，过滤精度的选择 约为喷嘴出口直径的0.10.5倍之间，选用精过滤器同时要考虑损失问题。 尽量改善水的物理机械特性，通过减小水的表面张力，以获得较好的与 粉尘的亲和能力。研究试验证明，在水中添加表面活性剂和湿润剂，可以降低水 的表面张力，提高水溶液的湿润能力，能得到明显的降尘效果。 改善水的酸碱度，以减小对管路和喷嘴的腐蚀。 减小雾粒的粒度，同时增加其速度，可以使雾粒获得较高的荷电性能， 从而提高其捕尘能力。(2) 喷嘴参数对喷
31、雾降尘效果的影响：当水射流用于喷雾降尘时，一般选用雾化型喷嘴。喷嘴达到将压力能转化成 速度能的目的。对雾化型喷嘴，除了使雾滴有较高的运动速度外，还要使雾滴分 布均匀和具有大的扩散面积。在实际设计过程中，这种喷水流段各部位的尺寸和 加工状况对雾化质量影响较大。喷嘴的主要几何参数包括喷嘴的收缩角、入口和 出口过渡形状及圆角的曲率半径、出口直径等。(3) 水中杂质对喷雾系统的影响：由于水资源比较紧张，对许多矿井来说生产用水都需要回收再利用，同时从 地面水池到综掘工作面有相当长的供水管路，这就难免造成喷雾用水中含有较 多、较大的杂质。而喷雾系统中的关键元件雾化喷嘴的孔径十分微小，极易造成 堵塞，导致喷
32、雾系统失效。这也是目前国内外喷雾系统不能正常工作的主要原因 之一。（4）喷雾系统的参数和布置：一般情况下，喷雾压力越高，降尘效果越好。但压力过高不仅会导致喷雾泵 在较高压力下工作，耗电多，不利于喷雾泵的使用寿命，而且会造成对喷雾泵到 喷嘴水路的维护困难，极易使管路破损。因此，在满足喷嘴雾化降尘效果较好的 前提下，应尽可能地限制采煤机内喷雾系统的压力，以降低系统的运行成本。随着喷雾流量的增加，降尘率也相应提高。但是喷雾流量的增加也带来一些 问题，流量的增加会增加煤的水分，影响到煤的质量及售价；对于某些具有膨胀 性的底、顶板工作面，将造成巷道的底鼓和变形；水煤还将使输送机皮带打滑。 因此，喷雾流量
33、必须控制在合理的范围内。此时系统压力与流量的参数匹配是低 压喷嘴实现高效雾化的关键技术。在喷雾系统的布置上，应该注意机头喷雾，要使雾体覆盖截割头，最大限度 地防治煤尘逃逸；并且辅以水帘，采用倾斜喷雾以形成水平或倾斜雾柱，从而提 高降尘有效时间和雾粒与尘粒的相对碰撞速度，最终达到提高降尘效率的目的。3.3、技术方案1、正确设定和控制水压。内喷雾水的水压过高会对高水基密封填料造成损 害甚至产生泄露。内喷雾水的水压过低会使出水雾化不充分，达不到喷射距离， 无法实现降尘目的。因此正确设定和控制水压是使内喷雾装置正常工作的第一 步。高水基密封填料的承压能力一般在3040bar,而矿井掘进工作面的外来水压
34、 各有不同。因此，当外来水压低于3040bar时，应设升压泵将压力提高。而当 外来水压高于3040bar时，则应设减压阀将水压降低。2、确保喷嘴密封良好、通道畅通。内喷雾的灭尘效果与喷雾水的雾化效果 和喷射距离成正比，当喷嘴与螺纹密封不好时，会产生大量滴漏，影响雾化效果。 而当喷嘴堵塞不通时，不仅使内喷雾水无法雾化，而且会使高水基密封填料持续 承受高压，容易造成泄漏。因此，在生产过程中应及时检查喷嘴的状态，及时检 漏、及时疏通，确保喷雾水雾化正常。3、坚持正常使用内喷雾，内喷雾的正常使用是一个良性循环的结果。当掘 进机工作，炮头旋转时，主轴与高水基密封填料之间会产生剧烈摩擦和大量高温。 正常使
35、用内喷雾，水会对主轴和密封填料进行润滑和降温，从而延长高水基密封 填料的使用寿命。而当主轴在没有内喷雾水的状态下旋转时，与密封填料之间产 生的高温在长时间作用下，会使高水基密封填料硬化、剥落，从而影响密封效果 和使用的持久性。4、熟悉密闭壳体密封自动补偿式内喷雾装置的工作原理和使用方法，及时 检查工作状态。密闭壳体密封自动补偿式内喷雾装置的工作原理和使用方法是相 对比较简单的，使用者和维护者应该了解和熟悉，并在实际生产中坚持正常使用， 及时检查，作好记录。定期或当出现轻微泄漏时即进行密封补偿，以确保整个内 喷雾系统的正常工作。33、创新点主要用于煤矿井下需要高压喷雾降尘的场合，是各类掘进机、采
36、煤机综采综 掘工作面采用高压喷雾降尘的关键设备之一。用于高瓦斯矿井还具有冲淡截割滚 筒附近瓦斯聚集的作用。适应于煤矿井下风速小于20m/s的任何作业场所，主要是综采，综掘工作面。 掘进机负压二次降尘器系统，利用设置在工作面的由高压水泵、供水自动控制水 箱组成的高压泵站，将静压水（低压）转化为高压水并通过沿顺槽全工作面敷设的 高压管路输送到布置在掘进机的负压二次除尘装置；负压二次除尘装置将供给的 高压水，转化成控制掘进机产尘源向外扩散的汽雾流屏障和局部含尘风流净化除 尘系统。高压汽雾流屏障阻止和减少粉尘向外扩散并且进行净化；局部含尘风流 净化除尘系统是指掘进机的除尘装置喷出高压水的同时产生负压将
37、煤尘吸到装 置附近就地净化，从而实现了对掘进机割煤产尘的负压二次降尘的目的；掘进机 负压二次降尘器是适合我国掘进机使用的高除尘系统。1、所配高压水泵结构紧凑、体积小、单位水功率高，方便煤矿井下运输。2、供水自动控制水箱适应供水压力高，可保证使用过程中水箱供水水位稳 定，水满后自动关闭进水阀，水位下降后自动恢复补水，无须人工控制。4、配套高压泵即可用于高压喷雾，也可用于工作面注水；如果加入乳化液 可作乳化液泵使用，适应性广，可减少工作面降尘设备数量，降低使用成本。5、若用于掘进机，二次负压降尘器成对使用，二次负压降尘器分别设置在 采煤机的前后滚筒摇臂后，分别降尘；用于综掘机则只是单个使用，耗水量
38、小一 半。6、调节降尘装置上的紧固螺钉，可使降尘装置实现在垂直面上一定范围的 上下旋转，调节喷雾扇形的上下覆盖范围。7、对于有高压水的工作场所，只安装二次负压降尘器即可实现该场所的喷雾 降尘。3.4、项目先进性与可行性评价煤尘危害为煤矿五大自然灾害之一，一直是煤炭行业防治工作的重点。粉尘 给煤矿工作人员和安全生产造成极大危害：一方面，粉尘污染的作业环境严重危 害工人的身体健康，可引起肺部病变，造成尘肺病。而在所有因各种粉尘引起的 尘肺病中，煤矿工人占到的比例最高。另一方面，粉尘浓度过高潜伏着爆炸的危 险，悬浮的煤尘也是造成煤矿煤尘爆炸的主要原因之一。此外，高浓度粉尘还会 加速机械设备磨损，缩短
39、精密仪器的使用寿命。因此，控制煤矿粉尘的产生，监 测作业场所粉尘浓度，对于确保从业人员生命健康、预防事故的发生尤为重要。 目前，国内出现的灰霾天气严重影响了人体健康和大气环境质量，而灰霾天气的 最大元凶就是PM2.5。研究表明，PM2.5的主要来源就是人为排放，包括发电、 冶金、石油、化学、煤炭等各种工业过程排放的生产性粉尘。而矿井粉尘在是生 产性粉尘排放中的占有较高的比例。据资料统计，有的矿区排向空气的煤粉尘是 煤炭产量的1.6%以上。采煤工作面是煤矿产尘量最大的作业场所，其产尘量约 占矿井产尘量的60%左右。为了预防矿井瓦斯、煤尘爆炸等恶性事故的发生，改 善矿井劳动卫生条件，采煤工作面是矿
40、尘防治的重点。为了搞好采煤工作面的粉 尘防治，有效降低其粉尘浓度，必须针对采煤工作面的尘源采取相应的治理措施， 以达到对粉尘进行综合治理的目的。巷道掘进是井下主要产尘源之一，在无任何 防尘措施的情况下，对炮掘工作面、机掘工作面和巷道锚喷巷道维修的锚喷现场、 煤炭装卸点等也都产生高浓度粉尘，有时甚至达到煤尘爆炸浓度界限。此外，地 面煤的装运、煤堆、砰石山等也会产生高浓度粉尘，使矿区周边空气环境受到严 重的污染，对居民健康和植物都造成十分不利的影响。国家环保部和煤矿安全 监察局对粉尘危害非常重视，对作业场所的粉尘排放浓度制订了相关标准，严格 控制粉尘浓度，以减少粉尘危害。随着国家对粉尘危害的重视度
41、的提高，煤矿企 业也越来越重视矿井粉尘的防治。矿井生产过程中，如钻眼作业、爆破作业、 采掘、运输等都会产生大量的矿井粉尘。国内矿井在降尘方面采用的传统做法是: 采用煤层注水、湿式打眼、水炮泥及采掘机械内外喷雾等。采用上述防尘措施虽 然对粉尘浓度有一定的控制，但仍有大量的矿尘悬浮在矿井风流中，远不能满足 国家对粉尘控制的标准。由于缺少对粉尘浓度的实时测量，很多作业场点如转载 点、回风巷等采取的定点喷雾均需要人工控制，造成个别装置长期喷雾或者不喷 雾。人工控制的缺陷不仅造成水资源的浪费，而且给粉尘灾害管理及生产带来很 多不便。在监测粉尘方面，目前国内煤矿普遍采用的粉尘测定方法是短时大流 量测定法。
42、该方法是通过测定短时间（一般为几分钟）内的平均粉尘浓度来评价 作业场点的粉尘污染情况。然而矿井作业场点粉尘浓度随时间、空间和其他因素 的变化而变化，采用短时大流量测尘法测定的粉尘浓度代表性差，不能真实的反 映矿井各尘源对作业环境的实际污染状况，更不能有效控制矿井的防尘装备的运 行，给矿井的粉尘防治和粉尘灾害管理带来不便。因此，实现对矿井粉尘的实时 在线监测、自适应降尘控制、矿井环境评价成为目前国内的一个重要研究方向。 矿井粉尘监测、降尘控制与环境评价系统能及时有效地减少作业场所的粉尘浓 度，达到国家粉尘控制标准，降低空气中PM2.5的含量，减少粉尘对生命财产的 危害，并进行多点连续监测，有利于
43、更好地掌握粉尘浓度状况，同时还能根据矿 井的实时风速、风压、风量等对降尘控制装置的运行进行有效控制，真正实现对 矿井环境的综合性评价。有国家政策的强力支持，符合法律法规的要求：矿井粉尘危害为煤矿五大自然灾害之一，一直是煤炭行业防治工作的重点。每年 因为矿井粉尘灾害而造成的人员伤亡数量极大，也给国家造成了巨大的经济损 失。目前，国家环保部和煤矿安全监察局对粉尘危害非常重视，对作业场所的尘 排放浓度制订了相关标准，严格控制粉尘浓度，以减少粉尘危害。同时，为了保 障煤矿安全生产和职工人身安全，防止煤矿事故，各煤矿企业对粉尘防治方面也 越来越重视，已把粉尘防治纳入煤矿安全规程。国家安全监管总局印发的安
44、全生产科技“十二五”规划的“工作目标：1、围绕安全生产长效机制、事故致因、危险辨识与评价、灾害预防与控制、 应急管理、行为科学、社会科学、安全经济、安全文化理论研究，力争取得新突 破。2、以煤矿、非煤矿山、危险化学品、烟花爆竹、职业健康、应急救援等重 点行业领域为重点，开展重大事故与灾害防治、职业危害预防、安全监测监控技 术等研究，力争取得100项创新性成果；“三、重点任务，职业危害防治关键技 术研究。针对粉尘、毒物、噪声、振动、高温、高气压、低温、低气压、辐射等 典型职业危害理化特性，以防尘、防毒为重点，研究开发粉尘毒物作业场所集成 高效在线全过程监测监控系统、便携灵敏快速直读的职业危害监测
45、仪器设备、矿 山新型湿喷作业。开展典型职业危害控制和治理技术与装备研究、深部矿井职业 危害防治技术和信息处理集成装备与高效降温系统研究、个人劳动防护用品和器 具研发等。” 2012年7月，国家煤监局开展了粉尘危害防治专项监察，促进煤 矿作业场所粉尘危害防治工作，预防和控制职业病危害，保障煤矿职工健康和相 关权益。其主要监察重点：是否建立粉尘危害防治制度；是否配备粉尘监测人员 及设备；是否选择和布置粉尘监测采样点；是否开展粉尘日常监测；是否建立防 尘洒水系统；在爆破过程中，是否采取喷雾降尘措施；十式钻孔时，是否采取捕 尘、降尘措施；综采工作面是否采取防尘措施；掘进机掘进作业时是否建立综合 防尘系
46、统；采掘工作面回风巷是否安装自动控制风流净化水幕；转载及运输过程 中，是否采取防尘措施；是否采取煤层注水。坚持“有法必依、执法必严、违法 必究”的原则，对违法违规行为，依据有关法律法规进行处罚，并由驻地煤矿全 监察分局下达执法文书，逾期未改正的，责令停产整顿。4、项目实施的保障措施4.1、本项目现有基础高压泵用油马达作动力，利用掘进机液压系统的高压油（一般为行走系统 高压油）直接驱动；自带回油冷却器，用进水对回油进行冷却；特有的自 润滑工作方式（即利用液压驱动马达泄油回路的泄漏油对其进行润滑，马达的泄 漏油对高压泵体传动系统润滑后，仍通过泄油管路流回液压系统油箱）确保在使 用过程中无须向高压泵体传动系统添加润滑油；喷雾系统完整的配套性可保 证在使用过程中基本上无须进行控制和维护；喷雾系统所配备的进水过滤器 能确保对喷雾水的过滤，防止杂质进入高压泵及喷雾系统；根据掘进机的具体 条件设计的除尘装置能有效控制掘进机作业过程中产生的粉尘。外置喷雾泵主要应用于采煤机、掘进机喷雾除尘，是采、掘工作面高压喷雾 引射降尘系统的主要组成部分，同时也是实施煤层注水防尘的理想设备，BP系 列矿用喷雾泵可广泛应用于井下需要高压水源的场所，与现有应用于煤矿井下的 高压水泵相比较具有如下特点：1
