干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動”機制在煤礦井下的應用突破
時間：2025-02-18 09:00:58
摘要：本文詳細闡述了干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動”機制在煤礦井下的應用情況。通過分析傳統(tǒng)煤礦井下降塵方式的不足，介紹了“氣 - 水聯(lián)動”干霧系統(tǒng)的工作原理、組成結構以及在煤礦井下不同作業(yè)場景的應用突破。該機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，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)過程中會產生大量粉塵，這些粉塵不僅會對礦工的身體健康造成嚴重威脅，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。傳統(tǒng)的降塵方式，如灑水噴霧等，在實際應用中存在諸多局限性，難以滿足煤礦井下準確降塵的需求。干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動”機制的出現，為解決煤礦井下粉塵問題提供了新的途徑。
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題，一般在幾十微米甚至更大，與煤礦井下大量存在的細微粉塵顆粒（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雜的作業(yè)空間，導致降塵效果不理想。
（二）設備可靠性與適應性問題
一些傳統(tǒng)降塵設備在煤礦井下惡劣的環(huán)境條件下，如高濕度、強振動、有腐蝕性氣體等，容易出現故障，設備的可靠性較差。同時，這些設備往往難以根據不同的作業(yè)場景和粉塵產生情況進行靈活調整，適應性不足，無法滿足煤礦生產過程中多樣化的降塵需求。
三、干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動”機制的工作原理
干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動”機制是基于氣液兩相流原理設計的。該系統(tǒng)通過特殊的裝置，將壓縮空氣和水進行準確配比和混合。在系統(tǒng)啟動時，壓縮空氣提供強大的動力，將水以很高的速度通過特制的噴頭噴出。在噴頭內部，高速流動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。
當這些微米級的干霧霧滴與粉塵顆粒相遇時，由于布朗運動、慣性碰撞、攔截等作用，霧滴與粉塵顆粒迅速結合。而且，干霧霧滴表面具有較高的活性，能夠增強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，從而實現降塵。
四、“氣 - 水聯(lián)動”干霧系統(tǒng)的組成結構
（一）供氣系統(tǒng)
供氣系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、儲氣罐、空氣過濾器等組成?？諝鈮嚎s機負責將空氣壓縮至系統(tǒng)所需的壓力，一般為0.5 - 1.0MPa 。儲氣罐用于儲存壓縮空氣，以保證系統(tǒng)在運行過程中有穩(wěn)定的氣源供應，同時還能緩沖空氣壓力的波動。空氣過濾器則對壓縮空氣進行凈化處理，去除其中的雜質、水分和油污等，防止這些污染物進入系統(tǒng)影響噴頭的正常工作和霧滴的形成質量。
（二）供水系統(tǒng)
供水系統(tǒng)包括水箱、水泵、水過濾器等部件。水箱儲存用于噴霧的水源，水泵將水從水箱中抽出并加壓，使其達到與壓縮空氣相匹配的壓力，一般供水壓力在0.3 - 0.8MPa 。水過濾器對水進行精細過濾，去除水中的泥沙、雜質等，確保進入噴頭的水干凈、無雜質，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”干霧系統(tǒng)的核心部分，主要由氣水混合器和噴頭組成。氣水混合器能夠準確控制壓縮空氣和水的流量和比例，使兩者在混合器內充分混合，形成均勻的氣液兩相流。噴頭則采用特殊的設計，能夠將氣液混合物以很好的方式噴出，形成粒徑均勻、分布合理的干霧。噴頭的材質通常選用耐磨、耐腐蝕的材料，以適應煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，保證長期穩(wěn)定的噴霧性能。
（四）控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)用于對整個干霧系統(tǒng)進行智能化控制。它可以根據煤礦井下不同作業(yè)區(qū)域的粉塵濃度傳感器反饋的信息，自動調節(jié)供氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)的參數，實現對干霧噴霧量、噴霧頻率的準確控制。同時，控制系統(tǒng)還具備手動控制功能，方便操作人員在特殊情況下進行人工干預。此外，控制系統(tǒng)還能對設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，如壓力、流量、設備故障等信息，并及時發(fā)出報警信號，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。
五、“氣 - 水聯(lián)動”干霧系統(tǒng)在煤礦井下的應用突破
（一）采煤工作面的應用
在采煤工作面，割煤過程中會產生大量粉塵。傳統(tǒng)降塵方式難以有效控制這些粉塵的擴散?！皻?- 水聯(lián)動”干霧系統(tǒng)在采煤工作面上的應用取得了顯著突破。通過在采煤機上安裝多個干霧噴頭，利用采煤機的液壓系統(tǒng)或獨立的供氣供水系統(tǒng)，實現了在割煤過程中實時噴霧降塵。
這些噴頭能夠根據采煤機的運行速度和粉塵產生情況，自動調整噴霧參數。在采煤機割煤時，干霧系統(tǒng)迅速啟動，微米級的干霧霧滴在采煤機周圍形成密集的霧幕，有效捕捉和沉降了割煤過程中產生的粉塵。實際應用數據表明，采用“氣 - 水聯(lián)動”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，減少了粉塵對工人健康的危害。
（二）掘進工作面的應用
掘進工作面在巷道掘進過程中，由于巖石破碎、煤炭裝卸等作業(yè)，會產生大量高濃度粉塵。“氣 - 水聯(lián)動”干霧系統(tǒng)針對掘進工作面的特點進行了優(yōu)化應用。在掘進機的截割頭附近、轉載點等關鍵揚塵部位安裝了特制的干霧噴頭。
這些噴頭通過與掘進機的電氣控制系統(tǒng)聯(lián)動，在掘進機工作時自動開啟噴霧。同時，利用氣 - 水聯(lián)動機制產生的干霧能夠快速擴散到整個掘進工作面，對不同粒徑的粉塵都有良好的捕捉效果。在一些煤礦的掘進工作面應用中，該系統(tǒng)使粉塵濃度降低至原來的30% - 50%，有效解決了掘進作業(yè)中的粉塵難題，保障了掘進工作的安全和進行。
（三）皮帶運輸轉載點的應用
煤礦井下皮帶運輸轉載點在煤炭轉載過程中，由于落差和皮帶的運動，會產生大量揚塵。傳統(tǒng)降塵措施在這些部位的效果往往不佳?！皻?- 水聯(lián)動”干霧系統(tǒng)在皮帶運輸轉載點的應用，通過在轉載點上方和周圍合理布置噴頭，利用氣 - 水聯(lián)動產生的干霧能夠迅速覆蓋整個轉載區(qū)域。
當煤炭轉載時，干霧系統(tǒng)自動啟動，霧滴與揚起的粉塵充分接觸，將粉塵快速沉降。與傳統(tǒng)降塵方式相比，該系統(tǒng)在皮帶運輸轉載點的降塵效率提高了50%以上，有效減少了皮帶運輸過程中的粉塵飛揚，降低了粉塵在巷道內的擴散，改善了整個運輸環(huán)節(jié)的作業(yè)環(huán)境。
六、應用效果與優(yōu)勢總結
（一）降塵效果顯著
“氣 - 水聯(lián)動”干霧系統(tǒng)通過產生微米級的干霧霧滴，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）適應性強
該系統(tǒng)能夠根據煤礦井下不同作業(yè)區(qū)域的特點和粉塵產生情況，靈活調整噴霧參數，具有良好的適應性。無論是采煤工作面、掘進工作面還是皮帶運輸轉載點等不同場景，都能發(fā)揮出較好的降塵作用。
（三）設備可靠性高
系統(tǒng)采用了先進的設計和很好的材料，供氣、供水系統(tǒng)以及噴頭等關鍵部件在煤礦井下惡劣環(huán)境下具有較高的可靠性。同時，控制系統(tǒng)的智能化監(jiān)測和報警功能，能夠及時發(fā)現和處理設備故障，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
（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”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，減少了因粉塵問題導致的設備維護和通風系統(tǒng)能耗，具有良好的節(jié)能環(huán)保效益。
七、結論
干霧系統(tǒng)“氣 - 水聯(lián)動”機制在煤礦井下的應用取得了重要突破，有效解決了傳統(tǒng)降塵方式存在的不足。通過在采煤工作面、掘進工作面和皮帶運輸轉載點等不同作業(yè)場景的成功應用，顯著降低了煤礦井下的粉塵濃度，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了安全生產水平。
