邵启飞 曹英
铁法能源公司矿山建设分公司 辽宁省铁岭市 112700
摘要：随着现代化机械技术的不断革新，矿井大功率采煤机被广泛使用，提高开采效率的同时，矿井产尘量越来越大。本文简单分析了大断面煤巷掘进工作中降尘作业的意义，阐述高压外喷雾降尘技术原理，探索大断面煤巷掘进工作面综掘机高压外喷雾降尘技术的应用效果，为矿井安全高效生产提供了有利条件。
关键词：大断面煤巷；高压外喷雾；降尘技术
引言：煤矿地下开采工程中，当开挖断面较大时，将其称为大断面煤巷，实际作业开采环节，大断面煤巷的开挖受力较为不利。在煤矿开采过程中，会产生大量细小灰尘颗粒，部分会自然沉降，部分会浮游在矿井空气中。在大断面煤巷掘进工作时，若不采取有效的除尘措施，将会造成煤矿内矿尘密度过量，为井下工作人员的健康造成危害。
1大断面煤巷掘进工作降尘意义
我国煤碳需求量的不断增大，为煤矿产业发展提供了动力，但也为煤矿企业安全生产管理带来挑战。应切实贯彻科学化煤矿开采安全管理条例，通过科学的管理方法，实现煤矿开采污染的有效控制。随着各种大功率采掘机械的应用，现阶段大断面煤巷掘进工作效率有了较大提升，虽然近年来我国在采掘降尘工作上进行了许多研究，如滚筒改进降低粉尘产出、机载高压泵增压降尘和复压一次降尘技术等，但其降尘效果不佳，相关降尘技术还有待改进。
在煤巷开采活动中，应重视对环境监测系统的使用，有效控制灰尘含量，其环境管理质量对于煤矿企业能否安全生产有着直接的影响作用，是目前煤矿企业开采管理工作中的重要问题。在大断面煤巷掘进工作降尘施工环节，部分员工专业技能还不熟练，对相关技术及问题解决方法不了解，综合技能素质较为薄弱，缺少与其他人员之间的相互配合。部分员工为了彰显个人技术水平，将工作重点放在提高施工采掘速度，忽略了大断面煤巷降尘工作质量，无法尽职尽责地完成个人本职工作，降低矿井生产环境指标及安全系数。
2高压外喷雾降尘技术原理
喷雾是通过喷嘴，使液体分散成细小的雾滴，进入到矿井空气中，完成降尘处理，喷雾整个过程包括内部液体及表面气体运动，对液体雾化效果有重要影响。当气流顺着送入矿井后，井下喷雾速度会超过0.2米每秒，虽然其气流流动也会造成井下紊流流态，但这种喷雾原理却同紊流除尘有着本质区别。根据射流破碎不稳定理论可知，喷雾液体喷射环节，其同气体的摩擦速度会出现干扰情况，甚至影响到喷雾液体最初射流半径。高压外喷雾是从进风口到回风口之间的气流变化，其液滴横截面的面积较大，无法形成整体匀速气流，造成气流经过进风口后会出现一定夹角，且曲率半径较小，无法在单一方向进行流动。由此可见，高压外喷雾降尘技术的流态实质并不是传统意义上的“紊流”，而是一种不均匀的、突变的。简单来说，高压液体喷出时，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，会迅速扩散，同原空间中的空气进行混合，并将同样体积的气流从回风口排出去。通过这种方式稀释空间中的污浊灰尘，在表面张力的作用下，高压外喷雾分散的液体又再次聚集，形成液滴直到煤井的空气质量回归平衡[1]。
3大断面煤巷掘进工作面综掘机高压外喷雾降尘技术应用策略
3.1设备选型设计
大断面煤巷掘进工作中，掘进机高压外喷雾设备对降尘效率有着至关重要的作用，若高压机内部进行调节的剩余余量过低时，需要选择后备用机来调节整个高压外喷雾设备的用量。因此，在高压设备选型配对环节，考虑调节余量配置，选择匹配型号的外喷雾机能够降低机械能耗，多数系统在半年内就能完成资金投入回收。可以在铲板上沿加装外喷雾点改造方案，即加装铲板喷雾装置，将其作为截割滚筒2个大喷雾块的补充，并在电动机冷却循环水的作用下，完成铲板至底板段及大架至顶板段的持久降尘作业效果。实际高压外喷雾降尘设备选型环节，要考虑到机械数量、机械功率，尽量选择多种机型配合使用的方法，降低运行消耗的同时发挥多种选型方案的优势。
3.2降尘工程设计
大断面煤巷掘进工作面综掘机高压外喷雾降尘作业，主要是利用喷雾进行粉尘颗粒捕捉，增加矿井内部湿度，使水气以粉尘颗粒为中心进行汇集，并完成灰尘碰撞降尘。应根据高压外喷雾降尘技术特点，控制井下作业震波、飞石、扬尘，以及对周围环境的污染情况等，通过高压外喷雾装置来控制喷雾强度。高压外喷雾装置一般具有3个喷嘴，不同喷嘴之间会有一定角度，但其并不处于同一水平面上，这样能够有效形成喷雾屏障。具体作业环节可以通过具备吸尘功能的钻机、抽水灭尘等方式提高喷雾降尘效率，有效控制粉尘颗粒污染。制定较为合理的增压装置参数，控制单次喷雾规格，对于部分较为危险的矿井，要使喷嘴与滚筒保持合适的距离，降低井下降尘作业风险。
3.3节能作业设计
井下高压外喷雾降尘工作中，其消耗成本的80%以上都是电费耗用，因此其节能布局是实际除尘工作中的重要环节。节能设计时要减少喷嘴数量，尽量选择环形喷嘴，拒绝90度喷嘴投入使用，能够有效提高高压外喷雾装置内部压强，或选择损耗较低的阀门，减少阀门压损，从而达到节能设计的要求。常规工作情况下，高压外喷雾装置中的仪表风力要不小于0.2Mpa，而动力喷雾要不小于0.5Mpa。若高压外喷雾装置基础设计环节没有进行管道分压，造成主管道直接与减压阀降压进行连接，将会凭白增加高压外喷雾装置能耗浪费。节能作业环节可以通过高低压管道错位布置，虽然会增加一部分初始资金投入，但相应的节能回报远超投资费用。例如，某250kW的高压外喷雾装置的喷雾出口压力为0.7Mpa，将其降低至0.6Mpa后，单台空压机能耗也会下降11%，按照每年运行8000小时计算，可得出其大概节省了30万元。
3.4人员管理设计
就大断面煤巷掘进工作而言，除了要加强高压外喷雾降尘设备管理，更要重视工作人员技术创新，强调新工艺的引进，在科技投入上加大力度，提高高压外喷雾降尘效率。通过物资激励的方式，提升工作人员在新型设备、技术、材料等方面的技术革新，提高喷雾降尘效率。管理人员应制定相应的管理政策，根据施工情况定期更新高压外喷雾装置的电机、主通风机，确保其能够与实际作业需求相吻合，保证安全技术研发基金的有效落实加大对于新设备新技术的资金投入力度。对煤矿井下生产条件进行优化，强调信息化及自动化技术的推广应用，通过现代科技加强高压外喷雾装置保障，进而解决其降尘作业存在的风险问题，确保井下喷雾系统的设置合理。可以通过改善巷道，降低煤矿开采作业频率等方式，降低高压外喷雾降尘工作中通风量不足的问题[2]。
结论：煤矿井下采掘过程中，会产生大量的粉尘，不仅会损害矿井工作人员的身体健康，更会为矿井作业带来安全隐患。通过对大断面煤巷掘进工作面综掘机高压外喷雾降尘技术应用研究，提高煤矿井下降尘效果，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，引进国外优秀的先进技术，为煤矿安全生产作业提供技术保障。
参考文献：
[1]雷庆海.采煤机新型高压喷雾降尘装置设计与应用[J].自动化应用,2020(11):127-129.
[2]魏海龙.采煤机尘源跟踪高压喷雾降尘技术及装备的分析与应用[J].机械管理开发,2019,34(08):171-172.
姓名：邵启飞（1986.03--）；性别：男，籍贯：辽宁省海城市，学历：本科，毕业于辽宁工程技术大学；现有职称：中级工程师；研究方向：机械