CN105863720A - 一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备。本发明是在矿井传统水雾降尘的基础上，采用气泡雾化原理设计出的一款雾化效果好、降尘率高、耗水耗气量低、喷嘴不宜堵塞、安装方便、节能环保的矿井喷雾降尘设备。本发明的主要特征在于利用井下现有防尘管路和压风管路，既不需要对水源和气源进行加压处理，同时对水压和气压的大小关系也没有严格要求，在不进行任何改进和添加辅助设备的基础上，产生雾化效果较好的细水雾，大大提高降尘效率，对呼吸性粉尘的防治能够起到显著作用，同时节约了大量的水源，有效改善了井下的作业条件；本发明在对瓦斯涌出量较大的采煤工作面和掘进工作面等场所进行降尘的同时，水雾中携带的一部分空气，能够在一定程度上起到稀释瓦斯，防止局部瓦斯超限的作用。

Description

一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备

技术领域

本发明属于矿井水雾降尘领域，具体涉及一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备。

背景技术

矿井粉尘灾害是矿井五大灾害之一，严重威胁着煤矿的安全生产和矿工的身心健康。一方面，它不仅污染井下工作场所，降低空气能见度，容易造成工伤事故，而且矿工长期吸入煤尘将会导致煤肺病，我国煤矿粉尘危害严重，尘肺病的发病率高，不仅直接损害了井下工人的健康，也使大量粉尘随矿井排风进入大气，造成环境污染。另一方面，它能加速机械的磨损，并且能在一定的条件下发生爆炸，酿成重大灾害。

在矿井的生产过程中，喷雾降尘是井下粉尘防治工作中最为经济有效的手段，但在实际生产中，人们对喷雾降尘相关机理的研究较少，对喷雾系统参数设计不尽合理，存在较大的盲目性，造成了水资源的大量浪费，难以取得较好的降尘效果，同时容易造成过量洒水引起的次生灾害。

利用喷雾降尘技术对矿井粉尘灾害进行防治过程中，雾滴粒径是影响降尘效果的一个重要因素。细水雾是一种良好的降尘介质，具有雾粒直径小、雾滴沉降速度慢、快速弥漫、节约水源等普通水雾无法比拟的优点，对包括呼吸性粉尘在内的粉尘防治具有较好的效果。

目前细水雾的产生主要有单流体雾化和双流体雾化两种类型，单流体雾化主要利用压力雾化和旋流雾化原理实现水的雾化。发明专利CN101260811A公布了一种深井高压细水雾降尘方法及装置，该发明利用深井开采过程中从地面引入高压地表水产生高压细水雾，该发明虽然成本廉价，但是需要在埋深数百米以上的矿井才可实施，且效果难以保证；文章《煤矿井下高压喷雾雾化特性及其降尘效果实验研究》一文中对井下常用的螺旋型压力喷嘴在不同压力下的雾化特性及其降尘效果进行了系统的实验研究，高压细水雾虽然具有较好的降尘效果，但是水的压力需达到8~10Mpa，配套设备需要满足较高的质量要求。上述这类单流体高压雾化方式存在的主要缺陷是：需要较高的工作压力（产生1级细水雾的水压大于10Mpa），大大增加了系统的成本，喷嘴的出口直径较小（一般小于1mm），容易堵塞，对水质的要求较高。

传统的双流体雾化技术利用高速流动的气体对水的剪切作用实现水的雾化。发明专利CN103133000A公布了采煤机气水混合外喷雾系统，该发明包括提供压力水的供水系统和提供压力气体的供气系统，通过气的碰撞和撕裂作用产生细水雾，进行降尘，但整套系统设计过于复杂，耗气量大，现实可行性不高；发明专利CN102373942B授权了一种防治综掘工作面粉尘的空气幕与细水雾联动设备，该发明通过井下水和压缩空气的联动实现水的雾化，达到有效降尘的目的，但是同样存在系统设备复杂，安装和使用困难，耗气量过大的缺陷。煤矿井下对传统的双流体雾化降尘技术的应用主要存在系统结构复杂，耗气量大的缺陷。

目前煤矿井下急需设计出一套喷头不易堵塞、耗水耗气量低、雾化效果好、降尘效率高（包括呼吸性粉尘在内）、结构简单、安装和使用方便的降尘设备。

发明内容

发明的目的：

本发明的主要目的是在现有矿井高压喷雾和双流体雾化喷雾降尘技术的基础上，设计一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，使该设备具有喷头不易堵塞、耗水耗气量低、雾化效果好、降尘效率高（尤其针对呼吸性粉尘）、结构简单，安装和使用方便的特点。

发明提供的技术方案：

一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，在井下所有铺设防尘管路和压风管路的巷道内均可使用，通过快速的水管和压缩空气管接头将防尘管路和压风管路中的水和风接入该气泡雾化细水雾降尘设备，该气泡雾化细水雾降尘设备将压缩空气管路内嵌入水管中，将压缩空气作为水雾化气源，采用内气外液式气泡雾化原理，水和压缩空气分别通过水管和压缩空气管到达气泡喷雾装置的气液喷孔板，经水流喷口和压缩空气喷口喷出，在气液混合室内混合形成均匀的气液两相流，再经过喷嘴喷出，形成雾化效果较好的细水雾。

一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，包括气液输送管网、气液参数控制和调节装置、气泡喷雾装置；其特征在于：所述气液控制和调节装置安装于气液输送管网上，气液输送管道的末端连接气泡喷雾装置，气泡喷雾装置喷出细水雾进行降尘。

所述气液输送管网由防尘管路和压风管路组成，水和压缩空气相互独立流入气泡喷雾装置，在气泡喷雾装置发生气泡雾化作用。

所述气液参数控制和调节装置包含水管控制阀门、水过滤装置、水流量计、水压调节阀、压缩空气管控制阀门、压缩空气过滤装置、压缩空气流量计、压缩空气气压调节阀，能够对水压、气压、水流量、气流量等参数进行控制和调节。

所述气泡喷雾装置采用内气外液式气泡雾化原理，将压缩空气管路内嵌入水管中，将压缩空气作为水雾化气源。

所述气泡喷雾装置的气液喷孔板为螺纹设计，能够进行快速的拆卸和安装，水孔和气孔的直径、数量等参数均可进行调整。

所述所述气泡喷雾装置的喷嘴为螺纹设计，能够进行快速的拆卸和安装，喷嘴的内锥角和外锥角分别设计为90度，喷嘴出口的数量和布置方式均可进行调整。

发明的有益效果：

本发明直接利用现有的防尘管路和压风管路，在井下所有铺设防尘管路和压风管路的巷道内均可使用，通过快速的水管和压缩空气管接头将防尘管路和压风管路中的水和风接入该气泡雾化细水雾降尘设备，安装与拆卸方便快捷。

本发明在气泡雾化过程中通过高速气流强烈的剪切和撕裂作用产生大量包裹气泡的液滴和液线，形成一次雾化，液体内包裹的气泡在喷出喷嘴后在内外压差作用下“爆裂”形成二次雾化。由于气泡的表面膜远小于液柱或液膜的厚度，气泡雾化技术雾化所需能量较小，雾化的粒度也很细。喷嘴出口直径大小对雾化效果影响较小，因此，喷嘴出口直径可以设计成普通喷嘴出口直径的几倍大小，杜绝了喷嘴的堵塞。

本发明对水压和气压没有严格的要求，不需要对水源和气源进行加压处理，对水压和气压的大小关系也没有严格要求，耗气量低，在现有井下防尘管路和压风管路基础上不需要进行任何改进和添加辅助设备。在压缩空气压力为0.7Mpa，防尘管路静水压力为0.5Mpa（矿井垂直深度为50m），气液质量流量比（GLR）为0.1的情况下进行实验，该气泡雾化细水雾降尘设备可以产生雾滴粒径小于100μ m的水雾，对包括呼吸性粉尘在内的粉尘均具有较好的防治效果。

本发明能够在粉尘和瓦斯涌出量都较大的场所使用，能够实现降尘和防止瓦斯积聚的双重功效。

附图说明

图1是本发明矿用气泡雾化细水雾降尘设备的结构示意图。

图2是本发明气泡喷雾装置的拆分结构示意图。

图3是本发明气液喷孔板Ⅰ的结构示意图。

图4是本发明气液喷孔板Ⅱ的结构示意图。

图5是本发明气泡喷雾装置喷嘴结构示意图。

图中：1：水管接头；2：水管控制阀门；3—水过滤装置；4：水流量计；5：水压调节阀；6：压缩空气管接头；7：压缩空气管控制阀门；8：压缩空气过滤装置；9：压缩空气流量计；10：压缩空气气压调节阀；11：气泡喷雾装置；12：进气管；13：进水管；14：气液喷孔板；15：水流喷口；16：压缩空气喷口；17：气液混合室；18：喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细描述。

如附图1所示：本发明的一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备主要由气液输送管网、气液参数控制和调节装置、气泡喷雾装置三部分组成。

发明专利工作过程：如附图2所示：在铺设有防尘管路和压风管路的巷道中，通过水管接头1和压缩空气管接头6将该设备与水源和气源连接；接通水源和气源后，调节水管控制阀门2、水压调节阀5和压缩空气管控制阀门、压缩空气气压调节阀，将水和压缩空气的压力和流量调节至最佳的气泡雾化参数；水和压缩空气分别通过进水管13和进气管12向前输送；水流和气流到达气液喷孔板14时，分别经过水流喷口15和压缩空气喷口16喷入气液混合室17，高速流动的压缩空气通过压缩空气喷口16对液体进行强烈的剪切和撕裂作用，从而产生大量包裹气泡的液滴和液线，在气液混合室17内形成混合均匀的气液两相流；气泡在两相流动过程中运动、加速、变形，在气泡喷雾装置11的喷嘴18的出口处将液体挤压成细丝线状喷射而出；同时在离开喷嘴出口极短的时间和距离内，气泡由于内外压差的骤然变化而急剧膨胀，直至爆裂，从而将液丝、液线炸成更加细微的颗粒，实现水滴雾化；雾化后的水滴与井下的粉尘相互作用，起到较好的降尘效果。

本发明专利在实施的过程中，参数控制调节系统能够对水压、气压以及水、气液质量流量比（GLR）等参数进行控制调节。

如附图3和附图4所示：本发明专利气泡喷雾装置主要采用螺纹连接方式，拆卸和安装方便快捷。气液喷孔板14可以更换为水孔和气孔的直径、数量、排列方式等参数均不相同的气液喷孔板。喷嘴为螺纹设置，能够进行快速的拆卸和安装，喷嘴的内锥角和外锥角分别设计为90度，喷嘴的数量和布置方式均可进行调整。通过上述方式实现最优的雾化状态、最佳的降尘效果。

最后应该说明的是：以上所述仅为本发明的技术方案，并未对其进行限制，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、改进、等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，其特征在于：设备主要由管网、参数控制调节系统、气泡喷雾装置三部分组成；管网由水管和压缩空气管及相应连接件组成；参数控制调节系统包括水管接头（1）、水管控制阀门（2）、水过滤装置（3）、水流量计（4）、水压调节阀（5）、压缩空气管接头（6）、压缩空气管控制阀门（7）、压缩空气过滤装置（8）、压缩空气流量计（9）、压缩空气气压调节阀（10）；气泡喷雾装置（11）由进水管（13）、进气管（12）、气液喷孔板（14）、气液混合室（17）、喷嘴（18）组成。

2.根据权利要求1所述的一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，其特征在于：采用内气外液式气泡雾化原理实验水滴的雾化。

3.根据权利要求1所述的一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，其特征在于：所述的水管接头（1）和压缩空气管接头（6）直接与井下的防尘管路和压风管路连接使用，不进行任何改进和添加辅助设备，能够应用在任何布置有防尘管路和压风管路的场所。

4.根据权利要求1所述的一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，其特征在于：参数控制调节系统能够对水压、气压和水、气液质量流量比（GLR）等参数进行控制调节，实现最佳的降尘效果。

5.根据权利要求1所述的一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，其特征在于：所述的气液喷孔板（14）采用双面螺纹设置，能够根据实际情况进行更换，水流喷口（15）和压缩空气喷口（16）的排布方式、个数、孔径大小的参数都能够进行调整。

6.根据权利要求1所述的一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，其特征在于：所述的喷嘴（18）与气液喷孔板（14）采用螺纹连接，喷头能够随时进行更换。

7.根据权利要求1所述的一种矿用气泡雾化细水雾降尘设备，其特征在于：所述各个气泡喷雾装置间采用螺纹连接，可根据布置巷道的宽度等实际情况确定气泡喷雾装置的安装数目。