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小纪汗煤矿11219 掘进面连续采煤机喷嘴选型及降尘效果分析
2019-02-20
小纪汗煤矿11219 连采面原有喷雾系统喷雾效果较差,粉尘浓度存在超标现象,结合 含尘气流多相流态分析及美国连采面喷雾降尘实践,提出高水压、大流量,扇形喷雾( 喷雾覆盖截 割部)结合空心喷嘴的方式对连采机喷雾进行改进。通过现场试验,连采机截割滚筒上部优选出 BA405 扇形喷嘴及铲板两角侧KC306 空心喷嘴。现场实践表明,连采机司机位置、联络巷处及联 络巷后10 m 处粉尘加权平均浓度均比连采机自带喷嘴喷雾下降50%以上,降尘效果明显。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 小纪汗煤矿 11219 掘进面连续采煤机喷嘴选型 及降尘效果分析 刘建林ꢀ 陈加更 陕西华电榆横煤电有限责任公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 小纪汗煤矿 11219 连采面原有喷雾系统喷雾效果较差,粉尘浓度存在超标现象,结合 含尘气流多相流态分析及美国连采面喷雾降尘实践,提出高水压、大流量,扇形喷雾(喷雾覆盖截 割部)结合空心喷嘴的方式对连采机喷雾进行改进。 通过现场试验,连采机截割滚筒上部优选出 BA405 扇形喷嘴及铲板两角侧 KC306 空心喷嘴。 现场实践表明,连采机司机位置、联络巷处及联 络巷后 10 m 处粉尘加权平均浓度均比连采机自带喷嘴喷雾下降 50% 以上,降尘效果明显。 关键词ꢀ 连采机ꢀ 喷嘴选型ꢀ 空心喷嘴ꢀ 降尘效果 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 036 ꢀ ꢀ 连采掘进工作面产尘量大,尤其在连采机切槽 理厂,水管内存在大量铁屑,极易引起连采机自带喷 嘴的堵塞。 根据现场调研发现,连采机自带喷嘴必 须每天需要进行疏通,严重影响了工人效率。 连采机喷雾装置所用水为污水处理厂直接引入 工作面,喷雾压力为水管内自然垂直水压,约 1. 5 MPa,现场喷雾效果如图 1 所示。 由图 1 可以看出, 由于水压较低,机载喷嘴不能形成较好喷雾,降尘效 果有效。 作业时,连采机进行巷顶落煤操作,大量煤块垮塌, 产生大量粉尘而不能及时排出,严重影响工人身心 [ 1-4] 健康 。 针对连采工作面粉尘问题,连采机生产厂 家也采取了相应措施,例如,在连采机截割部后端加 [ 5-7] 。 装喷雾装置,并在连采机机面上加装除尘器等 但是,连采机截割部上下摆动,造成抽尘管路漏风严 重,抽尘效果不佳。 并且,连采机喷雾装置喷嘴为一 般空心喷嘴,在水质较差情况下,极易造成喷嘴堵 [ 8-9] 塞,雾化效果较差,粉尘处理效果不佳 。 针对此 问题,小纪汗煤矿以 11219 连采工作面为研究对象, 对连采机喷嘴优化选择,以确保连采面的除尘效果。 1 ꢀ 工程概况及原有喷雾分析 1 . 1ꢀ 工程概况 图 1ꢀ 连采机原喷雾装置喷雾效果 11219 工作面位于地面 BS5 水文钻孔以西,小 2 2 ꢀ 喷雾捕尘机理及改进方案 . 1ꢀ 含尘气流的多相流态分析 苏计以东,高家伙场以南,小苏计风井以北。 11219 # 工作面位于 2 辅运大巷以北,西邻 11221 工作面,目 喷雾除尘过程既存在连续相又存在粉尘颗粒、 前尚未开掘,东临 11217 工作面,北至井田边界。 液滴的分散相,构成了三相流动。 高密度的水雾颗 粒与含尘气流充分混合,颗粒之间相互碰撞,水雾颗 粒运动越快,运行距离越长与粉尘颗粒间的结合程 度就越好;同时高速运动的水雾流对其附近稳定的 粉尘颗粒产生卷吸扰动,粉尘颗粒运动状态变得不 稳定,粉尘颗粒偏离原来的运动轨道,颗粒可能发生 横向运动,增大粉尘颗粒与水雾颗粒之间的碰撞机 会。 当粉尘颗粒间撞击能力达到一定程度时,粉尘 颗粒表面气膜破裂,促使与水雾液滴的相互凝结,质 1 1219 连采工作面有运输机巷和辅助运输巷 2 条巷 # 道组 成, 巷 道 位 于 2 辅 运 大 巷 北 部, 选 用 1 台 1 2CM15 型连续采煤机掘进。 1 . 2ꢀ 原有喷雾效果分析 由于小纪汗煤矿井下用水均来自于地面污水处 ꢀ ꢀ 刘建林(1984—),男,工程师,719000 陕西省榆林市榆阳区东沙 银沙福苑 4 号。 1 51 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 [ 10] 量增大,凝结颗粒最终实现沉降 。 由此可知,喷 雾压力越大,雾化效果越好,雾流速度越高,射程越 远,喷雾液滴与粉尘颗粒的碰撞机会也越多,降尘效 表 1ꢀ 喷嘴型号及参数 连接尺寸 出口直径 条件雾化角度 系列名称 喷嘴型号 / mm / mm 1. 3 1. 4 1. 8 2. 3 2. 3 2. 5 2. 8 3. 3 2. 4 2. 4 3. 0 3. 0 3. 0 / (°) BA106 BA108 BA205 BA405 BA406 BA408 BA606 BA708 KC304 KC305 KC306 KC404 KC405 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 ZG3 / 8 90 [ 11-12] 果也就越好 。 120 75 2 2 . 2ꢀ 连采面除尘改进方案 75 . 2. 1ꢀ 喷嘴与喷雾压力分析 BA 系列 90 通过对喷嘴与压力之间的关系进行了实验分 120 90 析,分析结果表明,在压力相同时,喷嘴直径越大,流 量越大。 对于雾化效果较好的小直径喷嘴,由于连 采机自带喷嘴的开口直径为 1. 0 mm,矿井喷雾用水 含有杂质,容易堵塞,所以实验过程中选择口径稍大 的。 以 1. 5 mm 直径喷嘴为例,8 MPa 压力时,3 种 喷嘴的 D[3,2](体积面积平均粒径)要低于 6 MPa 时的 D[3,2],但如果压力继续增大到 10 MPa,则对 喷雾设备的磨损程度严重增大,不利于设备的长久 使用,故喷雾压力选用 8 MPa 最佳。 在试验过程中 选用 1 台 BPW315 / 12. 5 喷雾泵,提高喷雾用水水 压。 120 60 75 K 系列 90 60 75 知,BA205 雾化角太小,雾化效果较差,无法满足除 尘效果;而 BA606、BA405、BA408 喷嘴雾化效果较 好,下一步需要对这 3 种喷嘴效果进行详尽分析。 2 . 2. 2ꢀ 水质改进 由于供水管路中存在大量铁锈,造成喷嘴堵塞, 图 3ꢀ L 喷雾块喷嘴布置 试验过程中在加压泵前加入 GFZ 型反清洗过滤器, 过滤掉大颗粒杂质。 3 ꢀ 现场试验分析 3 . 1ꢀ 试验方案 根据国内外煤矿喷雾喷嘴试验情况,扇形喷嘴 能够较好的形成雾化界面,对连采机截割部的产尘 点能够形成较好的隔离,扇形喷嘴要求雾化角尽可 能大,而水量尽可能小,水量有梯度性,喷口要尽可 能大,防止堵塞;对于连采机铲板上的喷雾装置,空 心喷嘴要求雾化效果尽可能好,水量尽可能大。 因 此对连采机喷雾喷嘴改造成为 BA 系列、K 系列喷 嘴。 喷嘴位置见图 1。 图 4ꢀ BA205 喷嘴喷雾效果 M 喷雾块安装更换 1 个 BA408 喷嘴,具体见图 5 。 由图 6 可知,BA408 比原连采机喷雾( 空心喷 嘴)效果好。 同时根据现场对喷雾流量分析可知, BA408 喷嘴与 BA606、BA405 喷嘴相比,水量小而且 雾化角大,因此后面对比试验以其作为参照物。 图 5ꢀ M 喷雾块喷嘴布置 图 2ꢀ 喷嘴位置示意 3 . 2ꢀ BA 喷嘴喷雾效果实测 L 喷雾块上安装 BA408、BA606、BA405、BA205 图 6ꢀ BA408 喷嘴喷雾效果 不同出口直径和不同雾化角度的喷嘴,喷嘴型号及 参 数 见 表1 , L 喷 雾 块 喷 嘴 布 置 见 图3 。 由 图4 可 L 喷雾块上安装 1 个 BA408 和 3 个 BA108 喷 嘴,具体见图 7,用水量相对较小,对安装相同角度 1 52 ꢀ 刘建林ꢀ 陈加更:小纪汗煤矿 11219 掘进面连续采煤机喷嘴选型及降尘效果分析ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 的 BA408、BA108 进行对比,由图 8 可知,BA108 喷 雾张角和雾化效果与 BA408 相比不相伯仲。 好满足除尘需要,具体见图 13 ~ 图 15。 图 7ꢀ BA408 与 BA108 位置 图 13ꢀ 3 个 BA405 喷雾效果 图 8ꢀ 喷雾效果对比 L 喷雾块上安装 1 个 BA408 和 3 个 BA708 喷 嘴,具 体 见 图 8。 由 图 9 可 知, 通 过 对 BA708 与 BA408 相比,喷雾张角更大些,但是现场实测发现, 其流量明显大于 BA408 喷嘴,且雾化效果明显没有 BA408 喷嘴雾化效果好。 喷雾效果见图 10。 图 14ꢀ 3 个 BA406 喷雾效果 图 15ꢀ 3 个 BA606 喷雾效果 图 9ꢀ BA408 与 BA708 位置 由此 可 以 得 到 结 论, BA108、 BA406、 BA406、 BA408、BA606 和 BA708 皆可以用作覆盖连采机滚 筒的喷雾。 但考虑到现场实际供水量及雾化效果最 终确定选用 BA405 喷嘴。 3 . 3ꢀ K 型空心锥形喷嘴喷雾实测 空心锥形喷嘴对主要用于拉顶、割煤及拉底时 巷道底板的煤尘进行压制,要求雾化效果好,张角 大。 本次在连采机右侧收集电机处对喷嘴进行更 换,观察效果。 由于现场试验条件有限,在 1 块喷雾 块上进行对比实验。 图 10ꢀ 喷雾效果对比 M 喷雾块上安装 3 个 BA106,具体见图 11。 通 过使用原喷嘴与其他的扇形喷嘴进行对比,观察其 喷雾效果。 由图 12 可知,BA106 喷嘴既不能满足雾 化效果,又不能形成有效扇面对粉尘进行隔离。 首先,把 1、3、4 位置原来的 3 个喷嘴更换为 KC304,喷嘴布置示意图及喷雾效果见图 16。 与原 喷嘴及 KC304 进行对比,喷雾位置及效果如图 17 所示。 由图 16,图 17 可知,从雾化程度及喷雾角度 对比可知 KC304 喷嘴更适合铲板上喷雾,之后试验 将以 KC304 喷嘴作为对比。 图 11ꢀ 3 个 BA106 喷嘴布置 图 12ꢀ 喷雾效果 L、 M 模 块 上 分 别 安 装 3 个 BA405、 BA406、 BA606 与其进行对比,喷嘴雾化效果较好,都可以较 图 16ꢀ KC304 喷嘴布置及喷雾效果 1 53 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 图 17ꢀ KC405 喷雾效果 图 20ꢀ KC305 喷雾效果 更换 2 个 KC404 喷嘴进行对比实验,喷嘴布置 位置及喷雾效果如图 18 所示。 由现场观测可知, KC404 喷嘴与 KC304 喷嘴雾化角度及喷雾角度均 能满足生产需求。 选择 KC306 喷嘴,其次是 KC405。 综上试验分析,连采机机面选择 BA405 扇形喷 嘴,连采机铲板三角喷雾模块选择 KC306 喷嘴,能 够有较好的雾化效果。 4 ꢀ 降尘效果分析 为了对 优 选 的 喷 嘴 进 行 降 尘 效 果 对 比, 对 1 1219 连采工作面进行降尘效果考察,观测位置见 图 21。 图 18ꢀ 喷嘴位置示意图及喷雾效果 分别将 KC404 更换为 KC405、 KC306、 KC305 后,喷雾效果见图 19、图 20。 雾化效果较 KC304 要 好。 图 19ꢀ KC306 喷雾效果 图 21ꢀ 粉尘浓度检测点布置 通过对比可以知道,在底部喷雾选择上,最优先 经过 3 处测点粉尘浓度测定,测定结果见表 2。 3 表 2ꢀ 11219 连采工作面辅运巷粉尘浓度检测结果 mg/ m 测点 位置 呼吸性粉尘 平均浓度 呼吸性粉尘 平均加权浓度 总粉尘 平均浓度 总粉尘 平均加权浓度 种类 煤尘 84. 5(连采机自带喷嘴) 18. 2(连采机自带喷嘴) 9. 73(新型喷嘴)(↓46. 5% ) 9. 38(新型喷嘴) 364(连采机自带喷嘴) 215(新型喷嘴) 73. 3(连采机自带喷嘴) 44. 79(新型喷嘴)(↓38. 89% ) 13. 90(新型喷嘴) 连采机 司机右侧 煤尘 煤尘 煤尘 煤尘 46. 7(新型喷嘴) 45(新型喷嘴) 66. 7(新型喷嘴) 联巷口 联络巷 95(连采机自带喷嘴) 19. 79(连采机自带喷嘴)(↓52. 6% ) 158. 7(连采机自带喷嘴) 33. 06(连采机自带喷嘴)(↓58% ) 92(连采机自带喷嘴) 40(新型喷嘴) 17. 62(连采机自带喷嘴) 141. 7(连采机自带喷嘴) 35(新型喷嘴) 29. 52(连采机自带喷嘴) 后侧 10 m 煤尘 8. 45(新型喷嘴)(↓52. 04% ) 7. 29(新型喷嘴)(↓75. 3% ) ꢀ ꢀ 由表 2 分析可知,相比较连采机自带喷嘴,新型 5ꢀ 结ꢀ 论 喷嘴能够明显改善喷雾降尘效果,其中在连采机司 机处,采用连采机自带喷雾与新型喷嘴对比,总粉尘 经过分析 11219 连采面现有喷雾系统存在的具 体问题,结合含尘气流多相流态分析及美国连采面 喷雾降尘实践,提出高压、大流量、扇形喷雾结合空 心喷嘴的方式对连采机喷雾喷嘴进行改进,并通过 现场 试 验, 确 定 选 用 连 采 机 BA405 扇 形 喷 嘴 及 KC306 空心喷嘴。 现场实践表明,连采机司机、联络 巷 处及联络巷后10m处粉尘加权( 下转第175页) 3 3 平均加权浓度由 73. 3 mg / m 下降到 44. 79 mg / m , 下降幅度达到 38. 89% ,呼吸性粉尘加权平均浓度 3 3 由 18. 2 mg / m 下降到 9. 73 mg / m ,下降幅度达到 6. 5% ;联络巷处与联络巷后 10 m 处两者比例下降 比例均达到了 58% ,52. 5% 和 75. 3% ,52. 04% 。 54 4 1
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