干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”機(jī)制在煤礦井下的應(yīng)用突破
時(shí)間：2025-02-18 09:00:58
摘要：本文詳細(xì)闡述了干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”機(jī)制在煤礦井下的應(yīng)用情況。通過(guò)分析傳統(tǒng)煤礦井下降塵方式的不足，介紹了“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及在煤礦井下不同作業(yè)場(chǎng)景的應(yīng)用突破。該機(jī)制有效提高了煤礦井下的降塵效率，改善了作業(yè)環(huán)境，保障了安全生產(chǎn)，為煤礦行業(yè)的粉塵治理提供了新的思路和方法。
一、引言
煤礦井下作業(yè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，這些粉塵不僅會(huì)對(duì)礦工的身體健康造成嚴(yán)重威脅，引發(fā)塵肺病等職業(yè)病，還可能引發(fā)爆炸等安全事故，影響煤礦的安全生產(chǎn)。傳統(tǒng)的降塵方式，如灑水噴霧等，在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多局限性，難以滿足煤礦井下準(zhǔn)確降塵的需求。干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”機(jī)制的出現(xiàn)，為解決煤礦井下粉塵問(wèn)題提供了新的途徑。
二、傳統(tǒng)煤礦井下降塵方式的不足
（一）灑水噴霧降塵
傳統(tǒng)的灑水噴霧降塵方式主要是通過(guò)噴頭將水直接噴灑到空氣中，試圖將粉塵沉降。然而，這種方式存在霧滴粒徑較大的問(wèn)題，一般在幾十微米甚至更大，與煤礦井下大量存在的細(xì)微粉塵顆粒（尤其是小于10微米的可吸入粉塵）接觸和吸附的效率較低。而且，灑水噴霧的覆蓋范圍有限，難以覆蓋煤礦井下復(fù)雜的作業(yè)空間，導(dǎo)致降塵效果不理想。
（二）設(shè)備可靠性與適應(yīng)性問(wèn)題
一些傳統(tǒng)降塵設(shè)備在煤礦井下惡劣的環(huán)境條件下，如高濕度、強(qiáng)振動(dòng)、有腐蝕性氣體等，容易出現(xiàn)故障，設(shè)備的可靠性較差。同時(shí)，這些設(shè)備往往難以根據(jù)不同的作業(yè)場(chǎng)景和粉塵產(chǎn)生情況進(jìn)行靈活調(diào)整，適應(yīng)性不足，無(wú)法滿足煤礦生產(chǎn)過(guò)程中多樣化的降塵需求。
三、干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”機(jī)制的工作原理
干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”機(jī)制是基于氣液兩相流原理設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)通過(guò)特殊的裝置，將壓縮空氣和水進(jìn)行準(zhǔn)確配比和混合。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，壓縮空氣提供強(qiáng)大的動(dòng)力，將水以很高的速度通過(guò)特制的噴頭噴出。在噴頭內(nèi)部，高速流動(dòng)的空氣與水充分混合，使水被破碎成微小的霧滴，這些霧滴粒徑通常在1 - 10微米之間，與煤礦井下的粉塵顆粒大小相近。
當(dāng)這些微米級(jí)的干霧霧滴與粉塵顆粒相遇時(shí)，由于布朗運(yùn)動(dòng)、慣性碰撞、攔截等作用，霧滴與粉塵顆粒迅速結(jié)合。而且，干霧霧滴表面具有較高的活性，能夠增強(qiáng)與粉塵顆粒之間的吸附力，使粉塵顆粒被霧滴包裹并聚集成較大的顆粒，在重力作用下快速沉降，從而實(shí)現(xiàn)降塵。
四、“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
（一）供氣系統(tǒng)
供氣系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、空氣過(guò)濾器等組成?？諝鈮嚎s機(jī)負(fù)責(zé)將空氣壓縮至系統(tǒng)所需的壓力，一般為0.5 - 1.0MPa 。儲(chǔ)氣罐用于儲(chǔ)存壓縮空氣，以保證系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中有穩(wěn)定的氣源供應(yīng)，同時(shí)還能緩沖空氣壓力的波動(dòng)?？諝膺^(guò)濾器則對(duì)壓縮空氣進(jìn)行凈化處理，去除其中的雜質(zhì)、水分和油污等，防止這些污染物進(jìn)入系統(tǒng)影響噴頭的正常工作和霧滴的形成質(zhì)量。
（二）供水系統(tǒng)
供水系統(tǒng)包括水箱、水泵、水過(guò)濾器等部件。水箱儲(chǔ)存用于噴霧的水源，水泵將水從水箱中抽出并加壓，使其達(dá)到與壓縮空氣相匹配的壓力，一般供水壓力在0.3 - 0.8MPa 。水過(guò)濾器對(duì)水進(jìn)行精細(xì)過(guò)濾，去除水中的泥沙、雜質(zhì)等，確保進(jìn)入噴頭的水干凈、無(wú)雜質(zhì)，避免噴頭堵塞，保證噴霧效果。
（三）氣水混合與噴霧裝置
這是“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)的核心部分，主要由氣水混合器和噴頭組成。氣水混合器能夠準(zhǔn)確控制壓縮空氣和水的流量和比例，使兩者在混合器內(nèi)充分混合，形成均勻的氣液兩相流。噴頭則采用特殊的設(shè)計(jì)，能夠?qū)庖夯旌衔镆院芎玫姆绞絿姵?，形成粒徑均勻、分布合理的干霧。噴頭的材質(zhì)通常選用耐磨、耐腐蝕的材料，以適應(yīng)煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的噴霧性能。
（四）控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)干霧系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制。它可以根據(jù)煤礦井下不同作業(yè)區(qū)域的粉塵濃度傳感器反饋的信息，自動(dòng)調(diào)節(jié)供氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)干霧噴霧量、噴霧頻率的準(zhǔn)確控制。同時(shí)，控制系統(tǒng)還具備手動(dòng)控制功能，方便操作人員在特殊情況下進(jìn)行人工干預(yù)。此外，控制系統(tǒng)還能對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如壓力、流量、設(shè)備故障等信息，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
五、“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用突破
（一）采煤工作面的應(yīng)用
在采煤工作面，割煤過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。傳統(tǒng)降塵方式難以有效控制這些粉塵的擴(kuò)散?！皻?- 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)在采煤工作面上的應(yīng)用取得了顯著突破。通過(guò)在采煤機(jī)上安裝多個(gè)干霧噴頭，利用采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)或獨(dú)立的供氣供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在割煤過(guò)程中實(shí)時(shí)噴霧降塵。
這些噴頭能夠根據(jù)采煤機(jī)的運(yùn)行速度和粉塵產(chǎn)生情況，自動(dòng)調(diào)整噴霧參數(shù)。在采煤機(jī)割煤時(shí)，干霧系統(tǒng)迅速啟動(dòng)，微米級(jí)的干霧霧滴在采煤機(jī)周?chē)纬擅芗撵F幕，有效捕捉和沉降了割煤過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵。實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，采用“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)后，采煤工作面的粉塵濃度可降低70% - 80%，大大改善了采煤工人的作業(yè)環(huán)境，減少了粉塵對(duì)工人健康的危害。
（二）掘進(jìn)工作面的應(yīng)用
掘進(jìn)工作面在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，由于巖石破碎、煤炭裝卸等作業(yè)，會(huì)產(chǎn)生大量高濃度粉塵?！皻?- 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)針對(duì)掘進(jìn)工作面的特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化應(yīng)用。在掘進(jìn)機(jī)的截割頭附近、轉(zhuǎn)載點(diǎn)等關(guān)鍵揚(yáng)塵部位安裝了特制的干霧噴頭。
這些噴頭通過(guò)與掘進(jìn)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，在掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟噴霧。同時(shí)，利用氣 - 水聯(lián)動(dòng)機(jī)制產(chǎn)生的干霧能夠快速擴(kuò)散到整個(gè)掘進(jìn)工作面，對(duì)不同粒徑的粉塵都有良好的捕捉效果。在一些煤礦的掘進(jìn)工作面應(yīng)用中，該系統(tǒng)使粉塵濃度降低至原來(lái)的30% - 50%，有效解決了掘進(jìn)作業(yè)中的粉塵難題，保障了掘進(jìn)工作的安全和進(jìn)行。
（三）皮帶運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)的應(yīng)用
煤礦井下皮帶運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)在煤炭轉(zhuǎn)載過(guò)程中，由于落差和皮帶的運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生大量揚(yáng)塵。傳統(tǒng)降塵措施在這些部位的效果往往不佳?！皻?- 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)在皮帶運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)的應(yīng)用，通過(guò)在轉(zhuǎn)載點(diǎn)上方和周?chē)侠聿贾脟婎^，利用氣 - 水聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生的干霧能夠迅速覆蓋整個(gè)轉(zhuǎn)載區(qū)域。
當(dāng)煤炭轉(zhuǎn)載時(shí)，干霧系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，霧滴與揚(yáng)起的粉塵充分接觸，將粉塵快速沉降。與傳統(tǒng)降塵方式相比，該系統(tǒng)在皮帶運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)的降塵效率提高了50%以上，有效減少了皮帶運(yùn)輸過(guò)程中的粉塵飛揚(yáng)，降低了粉塵在巷道內(nèi)的擴(kuò)散，改善了整個(gè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的作業(yè)環(huán)境。
六、應(yīng)用效果與優(yōu)勢(shì)總結(jié)
（一）降塵效果顯著
“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)通過(guò)產(chǎn)生微米級(jí)的干霧霧滴，大大提高了與煤礦井下粉塵顆粒的接觸和吸附效率，能夠有效降低不同作業(yè)場(chǎng)景下的粉塵濃度，降塵效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)降塵方式。
（二）適應(yīng)性強(qiáng)
該系統(tǒng)能夠根據(jù)煤礦井下不同作業(yè)區(qū)域的特點(diǎn)和粉塵產(chǎn)生情況，靈活調(diào)整噴霧參數(shù)，具有良好的適應(yīng)性。無(wú)論是采煤工作面、掘進(jìn)工作面還是皮帶運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)等不同場(chǎng)景，都能發(fā)揮出較好的降塵作用。
（三）設(shè)備可靠性高
系統(tǒng)采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)和很好的材料，供氣、供水系統(tǒng)以及噴頭等關(guān)鍵部件在煤礦井下惡劣環(huán)境下具有較高的可靠性。同時(shí)，控制系統(tǒng)的智能化監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備故障，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
（四）節(jié)能環(huán)保
與傳統(tǒng)的大量灑水降塵方式相比，“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”干霧系統(tǒng)耗水量大幅減少，一般可節(jié)約60% - 70%的用水量 。而且，由于其很好的降塵效果，減少了因粉塵問(wèn)題導(dǎo)致的設(shè)備維護(hù)和通風(fēng)系統(tǒng)能耗，具有良好的節(jié)能環(huán)保效益。
七、結(jié)論
干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動(dòng)”機(jī)制在煤礦井下的應(yīng)用取得了重要突破，有效解決了傳統(tǒng)降塵方式存在的不足。通過(guò)在采煤工作面、掘進(jìn)工作面和皮帶運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)等不同作業(yè)場(chǎng)景的成功應(yīng)用，顯著降低了煤礦井下的粉塵濃度，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了安全生產(chǎn)水平。
