一、立項(xiàng)原因
煤礦在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的粉塵，懸浮在巷道和工作面的氣流中，嚴(yán)重影響礦井安全高效的生產(chǎn)，并且嚴(yán)重威脅井下工作人員的身體健康。采煤工作面中的機(jī)組割煤、移架、轉(zhuǎn)載等工序產(chǎn)塵強(qiáng)度大，是主要產(chǎn)塵源，是除塵的重點(diǎn)，機(jī)組使用噴霧降塵，風(fēng)流凈化水幕，轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧灑水裝置，巷道沖洗等綜合防塵措施。我礦現(xiàn)在針對巷道防塵問題采取的主要技術(shù)措施為：
1、進(jìn)風(fēng)巷：距巷口50m范圍內(nèi)安裝1道凈化水幕，距工作面100～150m范圍內(nèi)安裝2道凈化水幕。
2、回風(fēng)巷：距回風(fēng)繞道50m范圍內(nèi)安裝1道凈化水幕，距工作面50m范圍內(nèi)安裝2道凈化水幕。水幕噴嘴迎向風(fēng)流，霧化效果好，覆蓋全斷面。
3、固定式風(fēng)流凈化水幕選用氣水兩項(xiàng)噴霧裝置，移動(dòng)式風(fēng)流凈化水幕選用手動(dòng)噴霧裝置，進(jìn)、回風(fēng)巷安裝氣水兩項(xiàng)噴霧裝置2組，手動(dòng)噴霧裝置4組。
采取以上措施雖然一定程度上降低了工作面空氣中煤塵的含量，但是并沒有從根本上減少巷道煤塵的產(chǎn)生，為改善煤礦生產(chǎn)環(huán)境，凈化工人們的作業(yè)環(huán)境，減少采煤機(jī)械的磨損，設(shè)計(jì)在晉華宮礦11#層307盤區(qū)東翼回風(fēng)巷、12-2#層301盤區(qū)回風(fēng)巷運(yùn)用湍流技術(shù)在礦井粉塵防治中的研究與應(yīng)用降塵技術(shù)試驗(yàn)。
二、研究或革新內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
湍流，百度百科中解釋：湍流是流體的一種流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)流速很小時(shí)，流體分層流動(dòng)，互不混合，稱為層流，也稱為穩(wěn)流或片流；逐漸增加流速，流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀的擺動(dòng)，擺動(dòng)的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過渡流；當(dāng)流速增加到很大時(shí)，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動(dòng)，還有混合。這時(shí)的流體作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，有垂直于流管軸線方向的分速度產(chǎn)生，這種運(yùn)動(dòng)稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。
湍流示意圖
隨著綜合防塵工作的日益完善，各巷道均安裝使用噴霧降塵設(shè)施，但普通噴頭經(jīng)常出現(xiàn)堵塞、霧化效果差等現(xiàn)象。通過與相關(guān)科研單位共同研發(fā)利用湍流技術(shù)進(jìn)行降塵的湍流風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧裝置，有效解決了以上問題。
（一）、主要研究成果內(nèi)容
1、湍流風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧裝置工作原理
利用湍流技術(shù)將高壓水源用氣源進(jìn)行霧化，前置水壓穩(wěn)壓系統(tǒng)和氣壓穩(wěn)壓系統(tǒng)，分別將水源和氣水源進(jìn)行霧化前的穩(wěn)壓，保證霧化水源的氣源的穩(wěn)定性。
2、噴霧裝置工作原理
通過氣水噴霧連桿將風(fēng)管和水管分別連接在兩個(gè)噴霧桿上，一個(gè)供水，一個(gè)供風(fēng)。同時(shí)用風(fēng)水管路上的閥門調(diào)節(jié)風(fēng)水兩相裝置供風(fēng)和供水。
從氣路進(jìn)入的壓力氣體通過噴頭氣孔后，產(chǎn)生速度很高的氣流；從靜壓水路進(jìn)入的壓力水通過噴頭環(huán)孔后產(chǎn)生較大的水流速度，單股水流和多股氣流在氣水混合室內(nèi)形成穩(wěn)定的氣泡兩相流動(dòng)，氣泡在兩相流動(dòng)過程中加速、變形、膨脹，在噴頭出口處，由于氣泡對液體的擠壓和剪切作用使液體以包含大量微小氣泡的液絲或液線的形式噴出。
使用前，首先調(diào)節(jié)好水壓、風(fēng)壓。使用時(shí)，先開啟供風(fēng)閥門供風(fēng)，再開啟供水閥門供水，使壓風(fēng)和供水相結(jié)合，借助壓風(fēng)將噴霧中的水轉(zhuǎn)變成水霧，噴灑到巷道中；利用水管上的控制閥門控制供水量的大小，從而根據(jù)需要隨意改變噴霧的霧化程度，既可以有效地降塵又不浪費(fèi)水資源；關(guān)閉時(shí)，先關(guān)閉供水閥門停止供水，在關(guān)閉供風(fēng)閥門停止供風(fēng)，利用風(fēng)壓將噴霧裝置管路中的水全部轉(zhuǎn)化成水霧噴灑出去，杜絕了噴霧中的留存水，導(dǎo)致噴霧裝置銹蝕噴嘴對手影響噴霧霧化效果。
湍流風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧裝置示意圖
3、噴霧裝置優(yōu)點(diǎn)
1）該裝置利用湍流技術(shù)以加壓空氣為霧化介質(zhì)，對水壓要求較低、霧粒細(xì)小、霧化均勻、霧化效果好、調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，可有效降低巷道空氣中的粉塵濃度。
2）該噴霧裝置結(jié)構(gòu)簡單、方便耐用、節(jié)約用水、運(yùn)行費(fèi)用低、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
3）解除了人工降塵操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)降塵。
4）維護(hù)和更換附件標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、簡單化。
三、應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益
通過在我礦12-2#層301盤區(qū)回風(fēng)巷、11#層307東翼回風(fēng)巷的使用，回風(fēng)流范圍內(nèi)的降塵效果顯著。降低員工的工作量，改善井下作業(yè)環(huán)境，降低了巷道中粉塵的濃度，對保護(hù)煤礦員工身體健康，確保礦井安全生產(chǎn)起到積極的作用。
1、直接經(jīng)濟(jì)效益
一個(gè)回風(fēng)巷每周更換10個(gè)噴嘴，頻繁的更換噴嘴費(fèi)料、費(fèi)時(shí)、費(fèi)人，每個(gè)噴嘴費(fèi)用大約45元人民幣。每年可節(jié)約資金2.34萬元。
使用湍流風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧裝置，回風(fēng)巷按過去每周進(jìn)行一次人工沖洗，繁重的沖洗工作費(fèi)料、費(fèi)時(shí)、費(fèi)人，每周沖洗費(fèi)用大約600元人民幣。每年可節(jié)約資金21.9萬元。
2、社會(huì)效益
改善井下作業(yè)環(huán)境，降低了巷道回風(fēng)流范圍內(nèi)粉塵的濃度，對保護(hù)煤礦員工身體健康，減少塵肺病的發(fā)生率，確保礦井安全生產(chǎn)起到積極的作用。
四、總體性能指標(biāo)比較
通過在我礦12-2#層301盤區(qū)回風(fēng)巷、11#層307東翼回風(fēng)巷的使用，回風(fēng)流范圍內(nèi)的降塵效果顯著。
1、通過在12-2#層301盤區(qū)回風(fēng)巷各測點(diǎn)的總煤塵平均濃度為489.2mg/m3（4個(gè)測點(diǎn)的平均值），呼吸性粉塵平均濃度為159.3mg/m3，通過采取湍流噴霧裝置技術(shù)進(jìn)行巷道全斷面降塵后，總煤塵平均濃度為202.1mg/m3，呼吸性粉塵平均濃度為70.0mg/m3，總煤塵濃度平均降低率達(dá)58.69%，呼吸性粉塵濃度平均降低率達(dá)56.10%，降塵效果很好。
2、通過在12-2#層301盤區(qū)回風(fēng)巷實(shí)地對比，由使用前的每周2次維護(hù)，每次3人的工作量，降低為每兩周1次維護(hù)，每次2人的工作量。從而大大的降低員工的工作量，改善井下作業(yè)環(huán)境，降低了巷道中粉塵的濃度，對保護(hù)煤礦員工身體健康，確保礦井安全生產(chǎn)起到積極的作用。
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特性 |
普通水幕 |
風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧裝置 |
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安全性 |
煤塵大，存在安全隱患 |
空氣清新，改善工作環(huán)境 |
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方便性 |
噴頭堵塞、更換頻繁 |
減少噴霧堵塞、減少更換噴頭 |
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經(jīng)濟(jì)性 |
人工更換噴頭頻繁增加工作量 |
節(jié)約人工更換噴頭，節(jié)省用水 |
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效果性 |
噴霧較差、霧化效果差 |
霧粒細(xì)小、霧化均勻、霧化效果好 |
五、存在的問題及推廣應(yīng)用前景
通過在12-2#層301盤區(qū)回風(fēng)巷、11#層307東翼回風(fēng)巷的使用后，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境，降低了回風(fēng)流范圍內(nèi)粉塵濃度，保障安全生產(chǎn)，起到了很大的作用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、節(jié)約工時(shí)成本
減少噴頭堵塞、避免頻繁更換噴嘴而費(fèi)時(shí)、費(fèi)人。
2、改善作業(yè)環(huán)境、保障安全生產(chǎn)
通過使用氣水兩相噴霧裝置降塵效果顯著，使煤塵濃度降到爆炸濃度以下，有效的保障了安全生產(chǎn)。
3、適用范圍及推廣價(jià)值
湍流風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧裝置適應(yīng)于各類有風(fēng)水系統(tǒng)的巷道，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：井下各巷道及轉(zhuǎn)載點(diǎn)必須安設(shè)灑水滅塵設(shè)施。所以，氣水兩相噴霧裝置投資小，安全可靠，滅塵有效，使用維護(hù)簡便，是一種較好的安全設(shè)施，優(yōu)勢十分明顯。
