CN105401943B - 一种软岩综采压气水吸气水幕降尘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软岩综采压气水吸气水幕降尘装置，属于软岩及煤层综采降尘除尘领域，包括A、B、C组压气水吸气喷雾组合件和压气水预混器，A、B、C组压气水吸气喷雾组合件依次并列设置在摇臂上表面，A、B、C组压气水吸气喷雾组合件相对水平面倾斜设置，压气水预混合器设置在机身上，矿井压气和自然水进过压气水预混器预混后，通过高压软管与A、B、C组压气水吸气喷雾组合件连接。本发明的水幕降尘装置在采煤（软岩）机附近的煤（岩）帮侧全采高范围内形成两道压气水吸气封锁水幕抽吸周围粉尘、拦截切割的产尘，可有效消除粉尘逆流，产尘不向工作面空间扩散；压气水吸气喷雾组合件均安装在摇臂上表面，能实现跟踪捕尘，除尘效果好，使用成本低。
Description
技术领域
本发明涉及软岩及煤层综采降尘除尘领域，具体地说，本发明涉及一种软岩及煤层综采压气水吸气水幕降尘装置。
背景技术
煤和瓦斯突出是矿井重大灾害之一，开采解放层是防治采煤工作面煤和瓦斯突出最有效的措施之一，淮北矿业芦岭煤矿是煤和瓦斯突出矿井，在煤和瓦斯突出矿井中开采主煤层有煤和瓦斯突出危险，且近来开采主煤层是没有解放煤层选择，因此，选择了主开采煤层附近的软岩层开采作为解放层，但带来了软岩综采的粉尘难题，且软岩综采的呼吸性粉尘更为严重，据测定，软岩综采产生的粉尘浓度很高，全尘约为1500～2000mg/m3，呼吸性粉尘约为700～900mg/m3，它对煤矿安全生产和工人身体健康威胁严重，本发明就是针对软岩综采的粉尘难题发明的。
软岩综采的粉尘治理尚未有相关报道，较为相近的技术是采煤机割煤的粉尘治理。为解决采煤机粉尘问题，国内外试验过多种措施。在国外，有五个方面研究值得一提，一是美国和澳大利亚采用普通喷雾器和文丘里喷雾器进行了顺风喷雾的研究，对解决传统外喷雾的粉尘逆流起到一定作用；二是美国、英国、前苏联试验了多种采煤机除尘器，这些除尘器由机械式局部通风机、硬质风筒和除尘设施组成；三是英国研制了采煤机吸尘滚筒，它通过安装在滚筒的水力吸尘管来除尘；四是前苏联进行了采煤机泡沫除尘试验研究，它由发泡装置将水和表面活性剂形成泡沫后采煤机；五是前苏联等国进行了高压喷雾研究。在国内，重庆煤科分院、兖州煤业集团等试验了高压喷雾；中国矿业大学、兖州煤业集团研究了采煤机二次负压喷雾降尘技术，该装置安装在采煤机机身上，无断面不等的喉管、扩散管以及吸入室，喷雾及吸尘不能随割煤位置的变化而变化；河南理工大学和兖州煤业集团研制了喷嘴旋转的喷雾系统；徐州矿务集团等单位试验了环绕采煤机摇臂的径向喷雾技术、化学降尘剂降尘技术。
上述这些研究对降低采煤机产生的粉尘起到一定的作用，然而，由于种种原因，上述技术未能大面积推广应用，目前最广泛的措施仍是采煤机内外喷雾。而实际使用中，内外喷雾仍存在一些问题：一是布置在滚筒上的喷嘴，在滚筒截割时部分或全部埋进煤中,使喷出的射流不能雾化，甚至喷嘴被堵塞；二是采煤机内喷雾系统因密封漏水、喷嘴堵塞而不能正常使用；三是喷嘴前水压低，雾化效果差，四是采煤机外喷雾方向、角度紊乱，喷嘴数量、喷嘴结构不合理，产生粉尘逆流；所以，采煤机产生的粉尘浓度仍然很高，约为1000～2000mg/m3左右。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对软岩综采的粉尘难题提出的，使得在采煤（软岩）机附件的岩（煤）帮侧全采高范围内形成两道压气水吸气封锁水幕抽吸周围粉尘、拦截切割的产尘，有效消除粉尘逆流，提高降尘效果。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种软岩综采压气水吸气水幕降尘装置，包括A、B、C组压气水吸气喷雾组合件和压气水预混器，所述A、B、C组压气水吸气喷雾组合件依次并列设置在摇臂上表面，A、B、C组压气水吸气喷雾组合件相对水平面倾斜设置，所述压水预混合器设置在机身上，矿井压气和自然水进过压气水预混器预混后，通过高压软管与A、B、C组压气水吸气喷雾组合件连接。
优选的，所述A、B、C组压气水吸气喷雾组合件依次分别与水平面的夹角为0～80、5°～120、8°～160。
优选的，所述A、B、C组压气水吸气喷雾组合件包括Ⅰ型和Ⅱ型压气水吸气喷雾器，所述Ⅰ型压气水吸气喷雾器由一个全射流喷嘴和射流管组成，全射流喷嘴安装于短扩散管的射流管内，Ⅱ型压气水吸气喷雾器由带吸气通道的射流喷嘴制作而成。
优选的，所述Ⅰ型压气水吸气喷雾器喷嘴指向煤壁或岩壁，Ⅱ型压气水吸气喷雾器喷嘴与风流夹角小于750方向指向煤壁或岩壁。
优选的，所述A、B组压气水吸气喷雾组合件的结构相同，A、B组压气水吸气喷雾组合件的Ⅰ型压气水吸气喷雾器总长度120～150mm，外径60～70mm，喉嘴距25～40mm，吸入管内径55mm，喉管直径为40～50mm，喉管长35～45mm，扩散段的扩散角为35°～45°，喷嘴型式为不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴，喷嘴雾化角30°～60°，喷孔直径2.5～4.0mm。
优选的，所述C组压气水吸气喷雾组合件的Ⅰ型压气水吸气喷雾器总长度190～220mm，外径90～110mm，喉嘴距45～55mm，吸入管内径75mm，喉管直径为65～75mm，喉管长45～55mm，扩散段的扩散角为35°～45°，喷嘴型式为不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴，喷嘴雾化角30°～60°，喷孔直径2.5～4.0mm。
优选的，所述A、B、C组压气水吸气喷雾组合件中的Ⅱ型压气水吸气喷雾器包括空气吸入孔、导水芯和喷孔，所述空气吸入孔斜向对称设置在压气水吸气喷雾器的侧壁上，导水芯和喷孔连通，导水芯和喷孔设置在压气水吸气喷雾器中间部位。
优选的，所述A、B、C组压气水吸气喷雾组合件的Ⅱ型压气水吸气喷雾器喷嘴采用不锈钢嵌陶瓷材料，空气吸入孔径为3～6mm，渐缩管收缩角＝28～32°, 喷嘴雾化角30°～60°，喷孔直径2.5～4.0mm。
优选的，所述压水预混合器进水孔为2.5～4.0mm，切向进水。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明的水幕降尘装置在采煤（软岩）机附近的煤（岩）帮侧全采高范围内形成两道压气水吸气封锁水幕抽吸周围粉尘、拦截切割的产尘，可有效消除粉尘逆流，产尘不向工作面空间扩散；压气水吸气喷雾组合件均安装在摇臂上表面，能实现跟踪捕尘；压气水吸气喷雾组合件的喷雾，经过三次以上雾化，即压气和自然水在旋流压气水预混器混合后的压气与水第一次惯性碰撞、雾化，压气水从喷嘴喷出时气水混合物被剪切分散形成细小液滴而进行二次雾化，射流体进入喉管、扩散管后，与被吸入的气体分子再次发生液气碰撞，形成三次雾化，并形成不稳定的水包气式气泡，以更细小雾滴和气泡的混合体取即泡沫流形式喷出形成水幕，且雾体更均匀，此时与粉尘接触时，惯性碰撞、截留、布朗扩散及凝集作用更强，降尘效果更好，整体降尘效果与传统内外喷雾相比的降尘率为可提高70～90％，比同类研究、同类技术的效果好；该发明简便易行，成本低廉，使用方便。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本发明压气水吸气水幕降尘装置布置图；
图2 为A、B、C组压气水吸气喷雾组合件结构示意图；
图3 Ⅱ型压气水吸气喷雾器内部结构；
图4 压气水预混合器示意图；
上述图中的标记均为：1、A组压气水吸气喷雾组合件；2、B组压气水吸气喷雾组合件；3、摇臂；4、C组压气水吸气喷雾组合件；5、机身；6、压气水预混器；7、Ⅰ型压气水吸气喷雾器；8、射流管；9、管壁；10、Ⅱ型压气水吸气喷雾器；11、压水管路；12、空气吸入孔；13、导水芯；14、喷孔；15、气水混合物。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
本发明是在软岩综采工作面增设一趟专门供压气管路的基础上，通过采煤（软岩）机两个摇臂上各安装A组压气水吸气喷雾组合件1、B组压气水吸气喷雾组合件2、C组压气水吸气喷雾组合件4和旋流压气水预混器6等来降尘，旋流压气水预混器6设置在机身5内，如图1所示，A组压气水吸气喷雾组合件1、B组压气水吸气喷雾组合件2和C组压气水吸气喷雾组合件4与水平面的夹角分别为0～80、5°～120、8°～160，使得在采煤（软岩）机附近的岩帮侧全采高范围内形成两道压气水吸气封锁水幕抽吸周围尘、拦截切割的产尘，从而提高降尘效果。
压气水吸气喷雾组合件如图2所示，由Ⅰ型压气水吸气喷雾器7、Ⅱ型压气水吸气喷雾器10和射流管8组合而成，Ⅰ型压气水吸气喷雾器7指向岩壁，Ⅱ型压气水吸气喷雾器10与风流夹角小于750方向指向岩壁，Ⅰ型压气水吸气喷雾器7和Ⅱ型压气水吸气喷雾器10中心夹角为150，Ⅰ型压气水吸气喷雾器7和Ⅱ型压气水吸气喷雾器10之间通过压水管路11连接，Ⅰ型压气水吸气喷雾器7由一个全射流喷嘴和射流管8组成，全射流喷嘴安装于短扩散管的射流管8内，射流管8内包括管壁9，Ⅱ型压气水吸气喷雾器10由带吸气通道的射流喷嘴制作而成。
A 、B组压气水吸气喷雾组合件结构相同，靠滚筒侧和中间安装，A 、B组压气水吸气喷雾组合件的Ⅰ型压气水吸气喷雾器7的总长度为120～150mm，外径为60～70mm，喉嘴距25～40mm，吸入管内径55mm，喉管直径为40～50mm，喉管长35～45mm，扩散段的扩散角为35°～45°，喷嘴型式为不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴，喷嘴雾化角30°～60°，喷孔直径2.5～4.0mm。
C组压气水吸气喷雾组合件4的Ⅰ型压气水吸气喷雾器7靠机身安装，总长度为190～220mm，外径为90～110mm，喉嘴距45～55mm，吸入管内径75mm，喉管直径为65～75mm，喉管长45～55mm，扩散段的扩散角为35°～45°，喷嘴型式为不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴，喷嘴雾化角30°～60°，喷孔直径2.5～4.0mm。
Ⅱ型压气水吸气喷雾器10采用不锈钢嵌陶瓷实心圆锥形喷嘴，如图3所示，Ⅱ型压气水吸气喷雾器10包括空气吸入孔12、导水芯13和喷孔14，空气吸入孔12斜向对称设置在压气水吸气喷雾器的侧壁上，导水芯13和喷孔14连通，导水芯13和喷孔14设置在压气水吸气喷雾器中间部位，气水混合物15供给喷嘴，空气吸入孔12孔径为3～6mm，渐缩管收缩角＝28～32°，喷嘴雾化角30°～60°，喷孔直径D2.0～4.0mm。旋流压气水预混器6，如图4所示，进水孔4.0～6.0mm，切向进水，气管内径18～25mm。
压气水吸气喷雾组合件在采煤（岩）机摇臂3上的固定有2个安装板固定1个压气水吸气喷雾组合件，即在采煤（岩）机下井前，应在每个采煤（岩）机摇臂3上先焊接安装板3对6个，且地面焊接时1个压气水吸气喷雾组合件配套的2个安装板固定一起后，再焊接安装板，采煤（岩）机运输时压气水吸气喷雾组合件拆下，下井后再用直径销轴及其开口销将压气水吸气喷雾组合件与安装板固定。
该发明的一个实施例中，矿井主采煤层8号、9号煤层的开采解放层工作面，东至Ⅲ一边界上山，西以10号煤工业广场保安煤柱线为界，南为Ⅱ水平Ⅱ101采区Ⅱ1017（未准备）和Ⅱ1018（正回采）两个10号煤工作面，北为Ⅲ13岩石工作面（未准备）。走向长度853.9m，倾斜长度100.8m，开采岩层为泥岩岩层，泥岩厚度3～7m，岩层倾角15-52°，泥岩硬度为1.9～4.6，软岩崩解Ⅱ类型，泥岩层发育稳定。Ⅲ11软岩工作面层位位于10号煤顶部，K2底部，为山西组上部第七含水层段，以中粒砂岩为主，细砂岩、含砾砂岩、砾岩次之。泥岩层厚度变化不大，局部地段受构造影响泥岩层厚度变化大。泥岩沿倾向上部较下部薄，倾向上厚度变化相对稳定。顶板为细-粉砂岩，地板为细砂岩，该面为单斜构造面内共有物探断层4条，钻孔探查断层15条，累计19条断层，均为基本控制断层，断层以高角度、NNE向逆断层为主。Ⅲ11软岩工作面上部为8、9煤层，是矿井主采煤层，瓦斯压力为4.43～5.98MPa，煤层瓦斯含量为22.67～24.82 m3/t， 8、9号煤层坚固性系数平均在0.1～0.4之间，瓦斯放散初速度为20～30，大于突出临界值，具有突出危险性。该软岩工作面原始瓦斯含量4.63m3/t，无突出危险。该Ⅲ11软岩工作面采用走向长壁综合机械化采岩法开采。工作面采取全部垮落法管理顶板。工作面沿岩层走向后退式回采，工作面采高设计2.3m，跟顶回采，回采高度不小于2.0m，选择的支架型号为ZY6800 /14/28型掩护支架。回采工艺为综合机械化采岩，采煤（软岩）机型号为MG500/1130WD，工作面风量为Q =900m3/min，U型通风方式。
实施中，采煤（软岩）机两个摇臂3上各安装A组压气水吸气喷雾组合件1、B组压气水吸气喷雾组合件2、C组压气水吸气喷雾组合件4和旋流压气水预混器6等来降尘，降尘效果好且降尘效果均优于同类降尘除尘设备，本降尘除尘设备的使用成本较低。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种软岩综采压气水吸气水幕降尘装置，包括 A、B、C 组压气水吸气喷雾组合件和压气水预混器，所述 A、B、C 组压气水吸气喷雾组合件依次并列设置在摇臂上表面，A、B、C组压气水吸气喷雾组合件相对水平面倾斜设置，所述压气水预混合器设置在机身上，矿井压气和自然水进过压气水预混器预混后，通过高压软管与 A、B、C 组压气水吸气喷雾组合件连接，其特征在于：所述 A、B、C 组压气水吸气喷雾组合件包括Ⅰ型和Ⅱ型压气水吸气喷雾器，所述Ⅰ型压气水吸气喷雾器由一个全射流喷嘴和射流管组成，全射流喷嘴安装于短扩散管的射流管内，Ⅱ型压气水吸气喷雾器由带吸气通道的射流喷嘴制作而成。
2.根据权利要求 1 所述的软岩综采压气水吸气水幕降尘装置，其特征在于：所述Ⅰ型压气水吸气喷雾器喷嘴指向煤壁或岩壁，Ⅱ型压气水吸气喷雾器喷嘴与风流夹角小于 75°方向指向煤壁或岩壁。
3.根据权利要求 1 所述的软岩综采压气水吸气水幕降尘装置，其特征在于：所述 A、B组压气水吸气喷雾组合件的结构相同，A、B 组压气水吸气喷雾组合件的Ⅰ型压气水吸气喷雾器总长度 120 ～ 150mm，外径 60 ～ 70mm，喉嘴距 25 ～ 40mm，吸入管内径 55mm，喉管直径为 40 ～ 50mm，喉管长 35 ～ 45mm，扩散段的扩散角为 35°～ 45°，喷嘴型式为不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴，喷嘴雾化角 30°～ 60°，喷孔直径 2.5 ～ 4.0mm。
4.根据权利要求 1 所述的软岩综采压气水吸气水幕降尘装置，其特征在于：所述 A、B、 C 组压气水吸气喷雾组合件中的Ⅱ型压气水吸气喷雾器包括空气吸入孔、导水芯和喷孔，所述空气吸入孔斜向对称设置在压气水吸气喷雾器的侧壁上，导水芯和喷孔连通，导水芯和喷孔设置在压气水吸气喷雾器中间部位。
5.根据权利要求 1所述的软岩综采压气水吸气水幕降尘装置，其特征在于：所述 A、B、C 组压气水吸气喷雾组合件的Ⅱ型压气水吸气喷雾器喷嘴采用不锈钢嵌陶瓷材料，空气吸入孔径为 3 ～ 6mm，渐缩管收缩角β＝ 28 ～ 32° , 喷嘴雾化角30°～ 60°，喷孔直径2.5 ～ 4.0mm。
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