CN109736802A - 一种泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统及降尘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于综掘工作面的泡沫‑水雾‑风幕三级联动降尘系统及降尘方法，在综掘机截割头对应处布置多个泡沫喷射嘴、多个大颗粒水雾喷射嘴、多个小颗粒水雾喷射嘴、多个风流喷射嘴，在综掘机截割头前方形成风幕密闭区域半径＞第二降尘区域半径＞第一降尘区域半径＞泡沫降尘区域半径的降尘区域。在综掘机截割头工作处多次剪切降尘泡沫、降尘水雾，能够无空隙的覆盖综掘机切割滚筒，使综掘机截割头的切割在泡沫体内完成，大幅度提高了降尘效率，从而在根本上阻止粉尘向外扩散，并且多次剪切降尘泡沫、降尘水雾使其充分雾化，提高了降尘泡沫、降尘水雾的捕尘能力，有效防止煤尘扩散。

Description

一种泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统及降尘方法

技术领域

本发明涉及综掘工作面降尘领域，尤其涉及一种用于综掘工作面的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统及降尘方法。

背景技术

我国是一个“富煤、缺油、少气”的国家，煤炭一直是我国重要的基础能源，在国民经济发展过程中有着不可替代的重要作用。近年来，煤炭采深不断增加，机械化、自动化程度开采水平逐步提高，随之而来的矿井生产自然灾害问题也愈发突出，尤其是井下作业区粉尘危害严重威胁了矿井的安全生产和矿工身心健康。煤矿采掘作业现场高浓度粉尘的危害主要有以下三点：(1)导致煤尘爆炸事故；(2)导致长期接尘人员患尘肺病；(3)粉尘能增加机械设备的磨损，减少机械设备使用寿命，从而增加煤炭生产成本。

目前，国内外针对高浓度粉尘问题，常用的综掘面降尘方法主要有喷雾降尘方法、通风降尘、煤层注水以及泡沫降尘等方法。这些方法虽然在目前比较常用，但是由于降尘方式单一，只能在一定程度上降低粉尘浓度，并不能够从根本上解决高浓度粉尘问题，降尘效率并没有达到理想水平，仍有改进空间。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于综掘工作面的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统及降尘方法，在综掘机截割头工作处多次剪切降尘水雾，提高降尘效率。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于综掘工作面的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其包括截割臂，截割臂前端设置有综掘机截割头，其中，该综掘机截割头后方的截割臂上均匀布置有多个泡沫喷射嘴，多个泡沫喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的泡沫降尘区域；多个泡沫喷射嘴后方的截割臂上均匀布置有多个大颗粒水雾喷射嘴，多个大颗粒水雾喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第一降尘区域；多个大颗粒水雾喷射嘴后方的截割臂上均匀布置有多个小颗粒水雾喷射嘴，多个小颗粒水雾喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第二降尘区域；截割臂后方的综掘机机身上均匀布置有多个风流喷射嘴，多个风流喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的风幕密闭区域；风幕密闭区域半径＞第二降尘区域半径＞第一降尘区域半径＞泡沫降尘区域半径。

所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其中，上述多个泡沫喷射嘴通过第一输送管与泡沫发生装置相连通，泡沫发生装置通过第一进风支管与巷道供风管道相连通，泡沫发生装置通过第一进水支管与巷道供水管道相连通；多个大颗粒水雾喷射嘴、多个小颗粒水雾喷射嘴均与一综掘机外喷雾进水管相连通；多个风流喷射嘴均通过第二进风支管与巷道供风管道相连通。

所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其特征在于，上述综掘机外喷雾进水管一端与巷道供风管道相连通，综掘机外喷雾进水管中部通过降尘剂输送管与一电动添加泵相连通，电动添加泵与降尘剂储液罐相连通。

所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其特征在于，上述大颗粒水雾喷射嘴是孔径为2mm的含X形导流芯混合式喷嘴，与水平方向呈30°角进行喷雾，形成的第一降尘区域半径为0.5米，形成的水雾粒径在50-100μm之间，用于捕捉较大颗粒的粉尘，上述小颗粒水雾喷射嘴是孔径为1mm的含X形导流芯混合式喷嘴，与水平方向呈45°角进行喷雾，形成的第二降尘区域半径为1米，形成的水雾粒径在20-50μm之间，用于捕捉较小颗粒的粉尘；大颗粒水雾喷射嘴、小颗粒水雾喷射嘴的喷雾压力均为8Mpa。

所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其特征在于，上述风流喷射嘴的风流出口呈月牙形状，风流出口宽度在6mm-20mm之间，出口风速应在10m/s-20m/s之间，风幕密闭区域半径为2米。

所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其特征在于，上述综掘机机身上上均匀布置有五个风流喷射嘴。

一种使用上述泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统的降尘方法，其包括以下步骤：

随综掘机截割头工作，多个泡沫喷射嘴、多个大颗粒水雾喷射嘴、多个小颗粒水雾喷射嘴与多个风流喷射嘴同时喷射；泡沫喷射嘴喷出的降尘泡沫形成泡沫降尘区域，包裹着综掘机截割头进行降尘，多个大颗粒水雾喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第一降尘区域，多个小颗粒水雾喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第二降尘区域，多个风流喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的风幕密闭区域，风幕密闭区域将泡沫降尘区域、第一降尘区域与第二降尘区域封闭在综掘机截割头产尘区域。

所述的降尘方法，其中，上述降尘方法还包括以下步骤：

随综掘机截割头转动，被综掘机截割头甩出的降尘泡沫依次被第一降尘区域、第二降尘区域与风幕密闭区域剪切，再次形成降尘雾团包裹在综掘机截割头前方。

所述的降尘方法，其中，上述降尘方法还包括以下步骤：

多个风流喷射嘴形成的气流在碰撞到煤壁时处于向综掘机截割头收拢的状态，将大颗粒水雾喷射嘴与小颗粒水雾喷射嘴喷射出的降尘水幕碰到煤壁后反弹回的水雾再次剪切雾化，形成降尘降尘雾团包裹在综掘机截割头前方。

所述的降尘方法，其中，上述降尘方法还包括以下步骤：

多个风流喷射嘴形成的气流在碰撞到煤壁时处于向综掘机截割头收拢的状态，将大颗粒水雾喷射嘴与小颗粒水雾喷射嘴喷射时产生外溢的水雾再次剪切雾化，形成降尘降尘雾团包裹在综掘机截割头前方。

本发明提供了一种用于综掘工作面的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统及降尘方法，在综掘机截割头工作处自内而外形成泡沫降尘区域、第一降尘区域、第二降尘区域与风幕密闭区域，并在综掘机截割头工作处多次剪切降尘泡沫、降尘水雾，能够无空隙的覆盖综掘机切割滚筒，使综掘机截割头(切割滚筒)的切割在泡沫体内完成，大幅度提高了降尘效率，从而在根本上阻止粉尘向外扩散，二级水雾降尘可以将扩散的煤尘进一步沉降，三级风幕控尘将未沉降的煤尘有效的控制在一定范围内，并且多次剪切降尘泡沫、降尘水雾使其充分雾化，提高了降尘泡沫、降尘水雾的捕尘能力，有效防止煤尘扩散。

同时，采用降尘剂添加装置向喷雾降尘用水中定量加入降尘剂，从而降低水的表面张力，提高喷雾降尘效率，由五个风流喷嘴形成风流喷射机构，五个风流喷嘴环绕综掘机截割头分布，每个风流喷嘴的风流出口呈月牙形状，从而保证五个喷嘴喷出的风流能完全包裹整个截割区域，从而起到封闭控尘的作用。而且直接使用巷道供风管道、巷道供水管道进行简易改造即可布置本发明泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，大幅降低了井下改造成本。

附图说明

图1为本发明中泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统的示意图；

图2为本发明中泡沫降尘区域、第一降尘区域、第二降尘区域与风幕密闭区域的正投影示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于综掘工作面的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统及降尘方法统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于综掘工作面的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，如图1与图2所示的，其包括截割臂，截割臂前端设置有综掘机截割头，其中，该综掘机截割头后方的截割臂上均匀布置有多个泡沫喷射嘴1，多个泡沫喷射嘴1处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的泡沫降尘区域16；多个泡沫喷射嘴1后方的截割臂上均匀布置有多个大颗粒水雾喷射嘴2，多个大颗粒水雾喷射嘴2处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第一降尘区域17；多个大颗粒水雾喷射嘴2后方的截割臂上均匀布置有多个小颗粒水雾喷射嘴3，多个小颗粒水雾喷射嘴3处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第二降尘区域18；截割臂后方的综掘机机身上均匀布置有多个风流喷射嘴4，多个风流喷射嘴4处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的风幕密闭区域19；如图2所示的，风幕密闭区域19半径＞第二降尘区域18半径＞第一降尘区域17半径＞泡沫降尘区域16半径。

更进一步的，如图1所示，的上述多个泡沫喷射嘴1通过第一输送管15与泡沫发生装置8相连通，泡沫发生装置8通过第一进风支管7与巷道供风管道6相连通，泡沫发生装置8通过第一进水支管12与巷道供水管道13相连通；多个大颗粒水雾喷射嘴2、多个小颗粒水雾喷射嘴3均与一综掘机外喷雾进水管14相连通；多个风流喷射嘴4均通过第二进风支管5与巷道供风管道6相连通。

并且上述综掘机外喷雾进水管14一端与巷道供风管道6相连通，综掘机外喷雾进水管14中部通过降尘剂输送管11与一电动添加泵9相连通，电动添加泵9与降尘剂储液罐10相连通。

在本发明的另一较佳实施例中，上述大颗粒水雾喷射嘴2是孔径为2mm的含X形导流芯混合式喷嘴，形成的第一降尘区域17半径为0.5米，形成的水雾粒径在50-100μm之间，用于捕捉较大颗粒的粉尘，上述小颗粒水雾喷射嘴3是孔径为1mm的含X形导流芯混合式喷嘴，形成的第二降尘区域18半径为1米，形成的水雾粒径在20-50μm之间，用于捕捉较小颗粒的粉尘；大颗粒水雾喷射嘴2、小颗粒水雾喷射嘴3的喷雾压力为8Mpa。而且上述风流喷射嘴4的风流出口呈月牙形状，风流出口宽度在6mm-20mm之间，出口风速应在10m/s-20m/s之间，风幕密闭区域半径为2米，并且上述综掘机机身上上均匀布置有五个风流喷射嘴，从而能够实现多个风流喷射嘴形成的气流在碰撞到煤壁时形成向综掘机截割头收拢的状态。

其更为具体的是：

巷道供风管道6风压一般为0.5Mpa左右，巷道供水管道13的水压一般为2Mpa左右，泡沫发生装置8产生的泡沫由第一输送管15分配到泡沫喷射嘴1，然后由泡沫喷射嘴1喷射到综掘机截割区域，覆盖综掘机截割滚筒。

而且上述多个大颗粒水雾喷射嘴2、多个小颗粒水雾喷射嘴3主要是形成指综掘机外喷雾，其作用是将泡沫降尘未沉降的粉尘进行沉降，并对被综掘机截割头甩出的降尘泡沫进行剪切。根据粉尘与其最佳捕获水雾颗粒粒径之间的关系，大颗粒粉尘应该用大颗粒水雾捕捉，小颗粒粉尘应该用小颗粒水雾捕捉。由于距离综掘机截割头不同距离粉尘颗粒粒径大小也不相同，距离综掘机截割头越近，粉尘粒径也越大，因此，根据这一规律，将综掘机外喷雾分为大颗粒水雾降尘系统和小颗粒水雾降尘系统，多个大颗粒水雾喷射嘴2在距离综掘机截割头0.5m左右围绕综掘机截割头环绕布置，喷嘴采用孔径为2mm的含X形导流芯混合式喷嘴，喷雾压力为8Mpa，产生的水雾粒径在50-100μm之间，用于捕捉较大颗粒的粉尘。多个小颗粒水雾喷射嘴3在距离综掘机截割头1.0m左右绕综掘机截割头环绕布置，喷嘴采用孔径为1mm的含X形导流芯混合式喷嘴，水雾粒径在20-50μm之间，用于捕捉较小颗粒的粉尘，从而达到分级喷雾降尘的目的。

更进一步的，上述降尘剂的添加主要包括降尘剂储液罐10和电动添加泵9两部分，其主要作用是将降尘剂溶液定量添加到防尘水管中。其中，降尘剂储液罐10为一圆筒体形铁皮容器，容积为75L，厚度为2cm。在其顶部设置有四个孔口，分别为加液口、安全阀口、泄压口和回流口，加液口上方连接有一个锥形漏斗，方便加液，安全阀口上方连接有一个安全阀，当降尘剂储液罐10内压力过高时起到快速释放压力的作用，泄压口的作用是保持降尘剂储液罐10内部与外界大气相通，在向降尘剂储液罐10内部加液时方便内部气体排出，回流口是保证电动添加泵9内的溶液未能完全加入到发泡装置水管内时回流到降尘剂储液罐10内部备用，电动添加泵9上设置有进液口、出液口和回流口，进液口与储液罐相连接，出液口与发泡装置的水管相连接，回流口与储液罐回流口通过回流管连接。工作时电动添加泵9将降尘剂储液罐10内的降尘剂溶液吸出并加压，进而通过出液口将其加入降尘剂输送管11内，其出液口压力可在0.5Mpa-5Mpa之间连续调节，添加流量可以在0-30L/min进行调节，工作电压为660/1120V。

五个风流喷射嘴4环绕综掘机截割头后方的综掘机机身均匀分布，距离综掘机截割头周围2m左右的位置，每个风流喷射嘴4的风流出口呈月牙形状，宽度应在6mm-20mm之间，出口风速应在10m/s-20m/s之间，从而保证五个喷嘴喷出的风流能完全包裹整个截割区域，形成一道环状风幕，即使多个风流喷射嘴形成的气流在碰撞到煤壁时形成向综掘机截割头收拢的状态，将未被泡沫和水雾捕捉的粉尘包裹在综掘机截割头附近，防止其向巷道后方扩散，从而起到封闭粉尘的目的，并多次剪切降尘泡沫与降尘水雾。

本发明还提供了一种使用上述泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统的降尘方法，其包括以下步骤：

随综掘机截割头工作，多个泡沫喷射嘴1、多个大颗粒水雾喷射嘴2、多个小颗粒水雾喷射嘴3与多个风流喷射嘴4同时喷射；泡沫喷射嘴喷1出的降尘泡沫形成泡沫降尘区域16，包裹着综掘机截割头进行降尘，多个大颗粒水雾喷射嘴2进行喷射时，在综掘机截割头前方形成罩形的第一降尘区域17，多个小颗粒水雾喷射嘴3进行喷射时，在综掘机截割头前方形成罩形的第二降尘区域18，多个风流喷射嘴4进行喷射时，在综掘机截割头前方形成罩形的风幕密闭区域19，风幕密闭区19域将泡沫降尘区域16、第一降尘区域17与第二降尘区域18封闭在综掘机截割头产尘区域。

更进一步的，上述降尘方法还包括以下步骤：

随综掘机截割头转动，被综掘机截割头甩出的降尘泡沫依次被第一降尘区域17、第二降尘区域18与风幕密闭区域19剪切，再次形成降尘雾团包裹在综掘机截割头前方。

尤其是，上述降尘方法还包括以下步骤：

多个风流喷射嘴4形成的气流在碰撞到煤壁时处于向综掘机截割头收拢的状态，将大颗粒水雾喷射嘴2与小颗粒水雾喷射嘴3喷射出的降尘水幕碰到煤壁后反弹回的水雾再次剪切雾化，形成降尘降尘雾团包裹在综掘机截割头前方。

特别是，上述降尘方法还包括以下步骤：

多个风流喷射嘴4形成的气流在碰撞到煤壁时处于向综掘机截割头收拢的状态，将大颗粒水雾喷射嘴2与小颗粒水雾喷射嘴3喷射时产生外溢的水雾再次剪切雾化，形成降尘降尘雾团包裹在综掘机截割头前方。

也就是说，综掘机截割头工作时，在泡沫降尘、水雾降尘以及空气幕封闭作用下，将综掘机截割头产生的粉尘包裹在综掘机截割头附近，防止其向巷道后方扩散，从而起到封闭粉尘的目的，尤其是降尘水雾、降尘泡沫经过多次剪切并在空气幕的封闭作用下，形成浓度更大的降尘雾团，同等水量下大幅度提高了降尘雾团的浓度，进而大幅度提高了降尘效率，间接的降低了降尘成本。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于综掘工作面的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其包括截割臂，截割臂前端设置有综掘机截割头，其特征在于，该综掘机截割头后方的截割臂上均匀布置有多个泡沫喷射嘴，多个泡沫喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的泡沫降尘区域；多个泡沫喷射嘴后方的截割臂上均匀布置有多个大颗粒水雾喷射嘴，多个大颗粒水雾喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第一降尘区域；多个大颗粒水雾喷射嘴后方的截割臂上均匀布置有多个小颗粒水雾喷射嘴，多个小颗粒水雾喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第二降尘区域；截割臂后方的综掘机机身上均匀布置有多个风流喷射嘴，多个风流喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的风幕密闭区域；风幕密闭区域半径＞第二降尘区域半径＞第一降尘区域半径＞泡沫降尘区域半径。

2.根据权利要求1所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其特征在于，上述多个泡沫喷射嘴通过第一输送管与泡沫发生装置相连通，泡沫发生装置通过第一进风支管与巷道供风管道相连通，泡沫发生装置通过第一进水支管与巷道供水管道相连通；多个大颗粒水雾喷射嘴、多个小颗粒水雾喷射嘴均与一综掘机外喷雾进水管相连通；多个风流喷射嘴均通过第二进风支管与巷道供风管道相连通。

3.根据权利要求2所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其特征在于，上述综掘机外喷雾进水管一端与巷道供风管道相连通，综掘机外喷雾进水管中部通过降尘剂输送管与一电动添加泵相连通，电动添加泵与降尘剂储液罐相连通。

4.根据权利要求1所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其特征在于，上述大颗粒水雾喷射嘴是孔径为2mm的含X形导流芯混合式喷嘴，与水平方向呈30°角进行喷雾，形成的第一降尘区域半径为0.5米，形成的水雾粒径在50-100μm之间，用于捕捉较大颗粒的粉尘；上述小颗粒水雾喷射嘴是孔径为1mm的含X形导流芯混合式喷嘴，与水平方向呈45°角进行喷雾，形成的第二降尘区域半径为1米，形成的水雾粒径在20-50μm之间，用于捕捉较小颗粒的粉尘；大颗粒水雾喷射嘴、小颗粒水雾喷射嘴的喷雾压力为8Mpa。

5.根据权利要求1所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其特征在于，上述风流喷射嘴的风流出口呈月牙形状，风流出口宽度在6mm-20mm之间，出口风速应在10m/s-20m/s之间，风幕密闭区域半径为2米。

6.根据权利要求5所述的泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统，其特征在于，上述综掘机机身上上均匀布置有五个风流喷射嘴。

7.一种使用如权利要求1所述泡沫-水雾-风幕三级联动降尘系统的降尘方法，特征在于，其包括以下步骤：

随综掘机截割头工作，多个泡沫喷射嘴、多个大颗粒水雾喷射嘴、多个小颗粒水雾喷射嘴与多个风流喷射嘴同时喷射；泡沫喷射嘴喷出的降尘泡沫形成泡沫降尘区域，包裹着综掘机截割头进行降尘，多个大颗粒水雾喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第一降尘区域，多个小颗粒水雾喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的第二降尘区域，多个风流喷射嘴处于喷射状态，在综掘机截割头前方形成罩形的风幕密闭区域，风幕密闭区域将泡沫降尘区域、第一降尘区域与第二降尘区域封闭在综掘机截割头产尘区域。

8.根据权利要求7所述的降尘方法，其特征在于，上述降尘方法还包括以下步骤：

随综掘机截割头转动，被综掘机截割头甩出的降尘泡沫依次被第一降尘区域、第二降尘区域与风幕密闭区域剪切，再次形成降尘雾团包裹在综掘机截割头前方。

9.根据权利要求8所述的降尘方法，其特征在于，上述降尘方法还包括以下步骤：

多个风流喷射嘴形成的气流在碰撞到煤壁时处于向综掘机截割头收拢的状态，将大颗粒水雾喷射嘴与小颗粒水雾喷射嘴喷射出的降尘水幕碰到煤壁后反弹回的水雾再次剪切雾化，形成降尘降尘雾团包裹在综掘机截割头前方。

10.根据权利要求9所述的降尘方法，其特征在于，上述降尘方法还包括以下步骤：

多个风流喷射嘴形成的气流在碰撞到煤壁时处于向综掘机截割头收拢的状态，将大颗粒水雾喷射嘴与小颗粒水雾喷射嘴喷射时产生外溢的水雾再次剪切雾化，形成降尘降尘雾团包裹在综掘机截割头前方。