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[摘 要]掘进工作面为独头施工巷道，生产作业时产生大量粉尘会使工作面环境严重恶化，不仅影响工人身体健康、降低机器使用寿命，而且当粉尘浓度达到一定程度后极易发生粉尘爆炸，因此必须将其有效沉降。目前在掘进工作面上普遍采用的是内外喷雾湿式降尘的方法，该方法既经济又简便，但实际应用情况并不理想。内喷雾喷嘴可靠性低、使用寿命短；外喷雾在实际应用中由于缺乏相关的理论研究而存在盲目性，不但浪费了大量的水资源而且喷雾效果不太理想，降尘能力差，没有收到应有的降尘效果。高压外喷雾降尘技术具有水雾粒径小、覆盖范围广、降尘效果好等优点，但由于其设施体积大、成本高，在我国应用受到一定限制。必须加强对高压外喷雾降尘技术的研究，使其能够广泛地使用。
[关键词]掘进机； 高压外喷雾； 降尘
中图分类号：U455.3+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0037-01
在采矿的过程中，会产生大量细小的矿物颗粒，有些浮游在矿井的空气中，有些则因自重逐渐沉降，这些都属于矿尘。浮游矿尘和沉积矿尘在一定情况下可以互相转换。在煤炭的各项工作中，如采掘、运输等过程中，都能够产生矿尘。如果不采取降尘措施，煤矿内会飘散大量的矿尘，不仅对井下工作人员的健康会造成危害，还会给煤矿的安全生产带来隐患。
1 降尘技术研究现状
随着大功率掘进机的普遍应用，回采速度大大提高。相应地，矿井内的产尘量增加，对矿井的环境造成了很大的影响。近年来，我国在降尘方面做了很多研究，包括改进掘进机的滚筒，使之在工作过程中，减少产出的粉尘； 改进外喷雾和其他降尘技术，如机载高压泵增压降尘和复压一次降尘等。目前，掘进机降尘主要是采用在机身和滚筒上安装若干个喷雾喷嘴，里外同时进行喷雾，达到降尘的目的。然而，由于在采煤时，滚筒上的喷嘴被煤掩盖，导致喷嘴堵塞，不能形成喷雾，掘进机机身上的喷嘴也受到堆积的煤的影响，雾化效果不佳； 同时，喷嘴喷雾方式采用的是逆风流，水压也较低，喷雾喷射的距离较短，达不到产尘区，总之，目前我国采用的降尘技术亟待改进[1]。
国外煤矿使用较广泛的是高压喷雾，降尘效率高，可以达到 80% 以上。目前，我国正借鉴学习国外的降尘技术，不断加强高压喷雾降尘的研究。国内的煤矿已经对高压喷雾的降尘效果普遍认可。但由于高压喷雾需要的装置庞大，成本高，应用起来相对困难，而且国内的相关研究还相对落后，因此，使用起来存在一定的问题。当前要加强对高压棚屋降尘技术的机理、安装等的研究，提高降尘效果，从而改善矿井的生产环境和安全系数[2]。
2 喷雾降尘机理
2.1 降尘机理
喷雾降尘主要是通过四种方式捕捉粉尘，并使其沉降，从而实现降尘。通过喷雾，矿井内的湿度增高，水气便会以粉尘颗粒为中心聚集，使尘粒的质量和直径增加，利于尘粒之间的碰撞，当尘粒相互碰撞时，由于表面有水气包围，反弹力减少，尘粒便会逐渐沉降下来； 质量和直径较大的尘粒受到自身重力和惯性的影响，运动方向会脱离风流的流线方向，不计尘粒的质量，尘粒会与分流一同运动，但尘粒有一定的大小，当喷雾的水雾粒与尘粒质心的距离小于其半径时，两者会粘结到一起，从而尘粒被拦截，这个过程称为拦截捕尘； 直径大于 0.5～1μm 的尘粒，其与水滴的相对速度，以及水滴的直径都对粉尘的惯性系数有一定的影响，惯性系数越大，粉尘与水滴越容易发生碰撞，即更易除尘； 直径小于 0.2μm的尘粒主要是做布朗运动，可以通过扩散捕集，用水雾粒捕集[3]。
2.2 喷雾机理
喷雾是通过喷嘴，使液体分散成细小的雾滴，进入到空气中。喷雾的整个过程，包括内部液体的动力、喷射表面气体的运动、喷射压力，以及喷嘴的形状等都对液体雾化的效果有重要的影响，这些因素之间彼此联系，相互影响。目前对于雾化的机理主要有两种，一种是射流破碎理论，瑞利最先提出射流破碎不稳定理论，他认为要形成喷雾的液体在喷射时，其与气体的速度差会产生扰动，当这个扰动不断扩大时，直至扰动振幅达到最初射流半径，就会破坏射流的稳定，液体也就产生破碎，进而形成液滴。但这个理论忽略了液体的粘结力，韦伯在此基础上，加入了液体的粘结力，计算得出了粘性射流最大的不稳定值，完善了射流破碎理论。另一种机理是液膜破碎雾化理论，这种理论认为液体喷出时，在液体表面有一层液膜，在喷出的过程中，液膜的稳定性受到破坏，产生波动，随着扰动的加大，当扰动振幅达到半个或一个波长时，液膜破裂，液体便会分散，之后由于表面张力作用，分散的液体又再次聚集，形成液滴。
3 高压外喷雾降尘系统及工作
3.1 高压外喷雾系统
高压外喷雾系统主要包括水箱、高压胶管、水泵、降尘器和护板等部分。高压外喷雾装置一般含有3个喷嘴，彼此之间有一定的角度，无论在水平方向，还是垂向上，这3个喷嘴都不在一个平面，这样才可以在空间中，更充分地形成喷雾屏障，更大范围地覆盖粉尘。在掘进机的电缆车上安装喷雾系统的水质过滤器和增压装置，不仅能够便于喷雾系统移动，还能使增压装置供喷雾系统使用之余，还能为掘进机所用。安装喷嘴时，可以将其焊接在掘进机的牵引电机上，同时，要使喷嘴与滚筒保持合适的距离，并指向截齿，从而，能够确保喷雾跟踪粉尘。
3.2 降尘工作
引射喷雾射流的风量和滚筒周围的水雾是否均匀是影响高压外喷雾降尘效果的重要因素。喷嘴能否喷出质量高的射流，决定了喷雾射流的引射风量。
高压喷雾产生的水雾颗粒较细、需要的水量少、覆蓋范围广、降尘效果好、喷嘴不易堵塞。高压喷雾在降尘的同时，还能扰动附近的空气流动，防止瓦斯聚集。
4 结语
煤矿在采矿过程中，产生大量的粉尘，损害了矿井工作人员的身体健康，同时也给矿井的安全生产带来威胁，必须加强降尘技术的研究，提高降尘效果。高压外喷雾降尘在国外已经取得了广泛的使用，而我国的研究相对较少。所以我国要加强对高压外喷雾降尘技术的研究，促进其在矿井生产中广泛的使用，为煤矿的安全生产提供保障。
参考文献
[1] 谢俊生，李德文. 综放工作面综合防尘及粉尘在线监控技术研究[J]. 矿业安全与环保，2010（4）：98-99.
[2] 宋建国. 综采面高压外喷雾降尘技术及其应用研究[J].煤炭工程，2010（10）：120-121.
[3] 吴百剑，陈颖兴. 开元公司综采工作面粉尘治理及连续监测技术[J]. 矿业安全与环保，2008（4）：72 -73.
[关键词]掘进机； 高压外喷雾； 降尘
中图分类号：U455.3+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0037-01
在采矿的过程中，会产生大量细小的矿物颗粒，有些浮游在矿井的空气中，有些则因自重逐渐沉降，这些都属于矿尘。浮游矿尘和沉积矿尘在一定情况下可以互相转换。在煤炭的各项工作中，如采掘、运输等过程中，都能够产生矿尘。如果不采取降尘措施，煤矿内会飘散大量的矿尘，不仅对井下工作人员的健康会造成危害，还会给煤矿的安全生产带来隐患。
1 降尘技术研究现状
随着大功率掘进机的普遍应用，回采速度大大提高。相应地，矿井内的产尘量增加，对矿井的环境造成了很大的影响。近年来，我国在降尘方面做了很多研究，包括改进掘进机的滚筒，使之在工作过程中，减少产出的粉尘； 改进外喷雾和其他降尘技术，如机载高压泵增压降尘和复压一次降尘等。目前，掘进机降尘主要是采用在机身和滚筒上安装若干个喷雾喷嘴，里外同时进行喷雾，达到降尘的目的。然而，由于在采煤时，滚筒上的喷嘴被煤掩盖，导致喷嘴堵塞，不能形成喷雾，掘进机机身上的喷嘴也受到堆积的煤的影响，雾化效果不佳； 同时，喷嘴喷雾方式采用的是逆风流，水压也较低，喷雾喷射的距离较短，达不到产尘区，总之，目前我国采用的降尘技术亟待改进[1]。
国外煤矿使用较广泛的是高压喷雾，降尘效率高，可以达到 80% 以上。目前，我国正借鉴学习国外的降尘技术，不断加强高压喷雾降尘的研究。国内的煤矿已经对高压喷雾的降尘效果普遍认可。但由于高压喷雾需要的装置庞大，成本高，应用起来相对困难，而且国内的相关研究还相对落后，因此，使用起来存在一定的问题。当前要加强对高压棚屋降尘技术的机理、安装等的研究，提高降尘效果，从而改善矿井的生产环境和安全系数[2]。
2 喷雾降尘机理
2.1 降尘机理
喷雾降尘主要是通过四种方式捕捉粉尘，并使其沉降，从而实现降尘。通过喷雾，矿井内的湿度增高，水气便会以粉尘颗粒为中心聚集，使尘粒的质量和直径增加，利于尘粒之间的碰撞，当尘粒相互碰撞时，由于表面有水气包围，反弹力减少，尘粒便会逐渐沉降下来； 质量和直径较大的尘粒受到自身重力和惯性的影响，运动方向会脱离风流的流线方向，不计尘粒的质量，尘粒会与分流一同运动，但尘粒有一定的大小，当喷雾的水雾粒与尘粒质心的距离小于其半径时，两者会粘结到一起，从而尘粒被拦截，这个过程称为拦截捕尘； 直径大于 0.5～1μm 的尘粒，其与水滴的相对速度，以及水滴的直径都对粉尘的惯性系数有一定的影响，惯性系数越大，粉尘与水滴越容易发生碰撞，即更易除尘； 直径小于 0.2μm的尘粒主要是做布朗运动，可以通过扩散捕集，用水雾粒捕集[3]。
2.2 喷雾机理
喷雾是通过喷嘴，使液体分散成细小的雾滴，进入到空气中。喷雾的整个过程，包括内部液体的动力、喷射表面气体的运动、喷射压力，以及喷嘴的形状等都对液体雾化的效果有重要的影响，这些因素之间彼此联系，相互影响。目前对于雾化的机理主要有两种，一种是射流破碎理论，瑞利最先提出射流破碎不稳定理论，他认为要形成喷雾的液体在喷射时，其与气体的速度差会产生扰动，当这个扰动不断扩大时，直至扰动振幅达到最初射流半径，就会破坏射流的稳定，液体也就产生破碎，进而形成液滴。但这个理论忽略了液体的粘结力，韦伯在此基础上，加入了液体的粘结力，计算得出了粘性射流最大的不稳定值，完善了射流破碎理论。另一种机理是液膜破碎雾化理论，这种理论认为液体喷出时，在液体表面有一层液膜，在喷出的过程中，液膜的稳定性受到破坏，产生波动，随着扰动的加大，当扰动振幅达到半个或一个波长时，液膜破裂，液体便会分散，之后由于表面张力作用，分散的液体又再次聚集，形成液滴。
3 高压外喷雾降尘系统及工作
3.1 高压外喷雾系统
高压外喷雾系统主要包括水箱、高压胶管、水泵、降尘器和护板等部分。高压外喷雾装置一般含有3个喷嘴，彼此之间有一定的角度，无论在水平方向，还是垂向上，这3个喷嘴都不在一个平面，这样才可以在空间中，更充分地形成喷雾屏障，更大范围地覆盖粉尘。在掘进机的电缆车上安装喷雾系统的水质过滤器和增压装置，不仅能够便于喷雾系统移动，还能使增压装置供喷雾系统使用之余，还能为掘进机所用。安装喷嘴时，可以将其焊接在掘进机的牵引电机上，同时，要使喷嘴与滚筒保持合适的距离，并指向截齿，从而，能够确保喷雾跟踪粉尘。
3.2 降尘工作
引射喷雾射流的风量和滚筒周围的水雾是否均匀是影响高压外喷雾降尘效果的重要因素。喷嘴能否喷出质量高的射流，决定了喷雾射流的引射风量。
高压喷雾产生的水雾颗粒较细、需要的水量少、覆蓋范围广、降尘效果好、喷嘴不易堵塞。高压喷雾在降尘的同时，还能扰动附近的空气流动，防止瓦斯聚集。
4 结语
煤矿在采矿过程中，产生大量的粉尘，损害了矿井工作人员的身体健康，同时也给矿井的安全生产带来威胁，必须加强降尘技术的研究，提高降尘效果。高压外喷雾降尘在国外已经取得了广泛的使用，而我国的研究相对较少。所以我国要加强对高压外喷雾降尘技术的研究，促进其在矿井生产中广泛的使用，为煤矿的安全生产提供保障。
参考文献
[1] 谢俊生，李德文. 综放工作面综合防尘及粉尘在线监控技术研究[J]. 矿业安全与环保，2010（4）：98-99.
[2] 宋建国. 综采面高压外喷雾降尘技术及其应用研究[J].煤炭工程，2010（10）：120-121.
[3] 吴百剑，陈颖兴. 开元公司综采工作面粉尘治理及连续监测技术[J]. 矿业安全与环保，2008（4）：72 -73.