ZP127矿用自动洒水降尘装置（综掘机风水联动喷雾降尘系统）
设 计 方 案
摘要
针对煤矿综掘工作面综掘机降尘技术难题和现场实际情况，设计了一套降尘系统方案。该方案为控制综掘工作面的粉尘，改善工人的作业环境，提高机掘工作面的掘进速度，预防和减少工人尘肺病的发生起着极其良好的作用。

概述
矿尘的危害主要有煤尘和矿工尘肺病。煤尘爆炸造成的重大灾难性事故为大家所共知，而矿尘引起的尘肺病造成的伤亡不被大多数人重视。殊不知，不流血的“白伤"远大于流血的“红伤"，死于尘肺病的患者是矿难和其他工伤事故死亡人数三倍多。

采煤工作面是煤矿的主要产尘区域，掘进机采煤时产尘是掘进工作面最主要的尘源，掘进机降尘问题是煤炭工业面临的一个技术难题。目前很多降尘的主要方法是采用自然水压供水的喷雾降尘。由于喷雾系统供水压力不足和易堵塞等问题，有的将喷雾弃置不用，使得综掘机降尘效果很差，部分地点粉尘浓度高达500mg/m³以上，离《煤矿安全规程》规定的10 mg/m³要求相差甚远，极大地威胁煤矿生产安全和工人身体健康。近几年国内有以下几方面的掘进机降尘技术研究:设计改进综掘机的喷雾系统；机载高压泵增压降尘系统；综掘机负压二次降尘、综掘机风水联动自动喷雾降尘技术等。由于煤矿井下条件特殊，目前都是处于实验试用阶段，只在个别或小范围使用。为此，有必要针对综掘（综采）工作面设计更为完善系统的粉尘治理方案。

风水联动自动喷雾降尘装置是一种新型、高效、低能耗、喷雾距离远的自动喷雾降尘装置。主要原理是利用专用雾化喷嘴将高速的空气流和高压水进行气水混合雾化，形成比传统喷雾更细小的水雾，这种水雾是一种可以漂浮移动的薄雾团，这种薄雾团在空中的滞留时间比传统的喷雾大大增加，增加水雾的降尘面积，对粉尘具有更好的吸附作用，从而达到的降尘效果。其主要特点是喷雾距离远、降尘范围大、水雾滞留时间长、降尘效率高、用水量少，是一种高效节能的高压远程自动喷雾降尘装置。

由水雾降尘性能参数：雾粒分散度、雾粒运动速度、雾流几何形状与压力的关系，可知压力与雾体的降尘性能有很大的关系，压力越大雾粒越小，速度越快，雾流体积越大。根据截获的降尘机理和凝集扩散及其他机理得出粉尘直径和雾粒直径直径之间的对应关系可依据下式：

dn=d1 ρν/ (18η μ)
式中 d1——现场占比例的粉尘的直径；
ρ——粉尘密度；
ν——气流速度；
η——空气粘度系数；
μ——水的粘度；
dn——的物粒直径。
粉尘呈对数正态分布，雾滴直径呈正态分布。如果测量出现场的粉尘直径，及粉尘密度，可由此公式确定的雾粒直径。

由降尘机理而知，雾粒直径是影响降尘效果的主要因素，水滴小，在空气中分布的密度就大，与矿尘的接触机会就多，捕尘效果越好。但如果水滴直径太小，与尘粒接触，尘粒的重量增加不大，难以在空气中沉降下来，同时水分也被风流带走和蒸发，不利捕尘。
根据经验及测定，初步最初确定雾粒的直径在50~150Pm之间。通过方案比较和实验室测试，本产品选择风水雾化喷嘴实现捕尘雾粒粒径。

该喷雾系统智能自动化控制，工作状态液晶屏在线显示，无需人员值守，并且结合风水混合雾化技术而设计。风水喷雾器是由风水可调喷嘴组成，该种喷雾器是依据雾化降尘机理和风水混合雾化理论而设计的。为了适应不同巷道的断面情况，设计的气水喷雾器由1个或多个喷嘴组合而成，喷雾方向可以根据需要调节，喷嘴内部采用特殊的风水混合雾化结构，通过调节风水比，使每个喷嘴雾粒粒度分布可以根据尘源点的粉尘粒度分布情况进行调节，以达到降尘效果。
喷雾系统采用风水喷雾器，大大提高喷嘴的雾化效果，使雾粒粒度可以控制，可根据现场情况进行调节，系统并采用电动球阀代替电磁阀，解决了电磁阀通电发热结碱易堵塞的问题。

降尘方案设计
在认真研究采煤工作面所用采煤机特点的基础上，吸收国内外采煤机降尘科研成果，结合我们多年的掘进机降尘研究经验，主要设计方案有以下几点：
利用开停传感器采集并传输采煤作业信号，煤机开机后，其电力电缆所产生的电磁信号被设备开停传感器检测到并将信号送入主控箱，水压传感器（可选）检测到洒水喷雾水路中有一定的水压时，接点闭合，主控箱即控制电动球阀开启实现风水联动喷雾洒水降尘。实现喷雾降尘系统的全自动化控制；进行及其有效的洒水喷雾降尘；
喷雾时间及间歇时间可根据需求利用喷雾装置主控箱的时间延时拨码旋转开关任意设置；

各种传感器配置灵活，喷雾装置主控箱微电脑程序可自动识别。喷雾系统工作状态有喷雾装置主控箱上的液晶显示屏时适在线显示；实现人机交互，实现喷雾降尘系统的现代化控制。
利用煤矿高压风源并利用设置在综掘工作面由高压泵、供水自动控制水箱组成的高压泵站，将低压水转换成高压水并沿工作面敷设的高压胶管输送到布置在采煤机上的风水降尘器，使降尘器的雾流屏障、风流净化、阻尘扩散等降尘机理有机结合，实现综掘机（采煤机）高压强力、闭锁式风水联动喷雾降尘。

风水降尘系统，利用煤矿高压风源并利用设置在工作面的由高压水泵、供水自动控制水箱组成的高压泵站，将静压水(低压水)转化为高压水并通过沿顺槽至工作面敷设的高压管路输送到布置在掘进机的风水喷雾器，风水降尘器将供给的高压风、水，转化成控制掘进机产尘源向外扩散的汽雾流屏障和局部含尘风流净化除尘系统。高压汽雾流屏障阻止和减少粉尘向外扩散并且进行净化；局部含尘风流净化除尘系统是指掘进机的除尘装置喷出高压水的同时产生负压，将煤尘吸到装置附近就地净化，从而实现了对掘进机割煤产尘的降尘的目的；
装置体积小，安装方便、维护容易，能够实现对掘进机割煤产尘的有效控制。