井底车场防尘喷雾设计

1、井底车场防尘喷雾设计一、设计目的井底车场是地面新鲜空气进入采区的必经之路，提高井底车场周围防尘喷雾质量可以有效地提高矿井空气质量，实现优质通风，提高防尘质量标准化。二、设计原则1、高压喷雾防尘机理所谓喷雾降尘就是同体形态的煤尘与由喷嘴喷出的液体形态的雾粒凝结并在重力作用下沉降的过程。喷雾降尘机理分为2个部分：惯性碰撞捕尘机理和扩散捕尘机理。1）惯性碰撞捕尘机理：粒径大于0.51m 的较粗粉尘，主要是靠惯性碰撞捕集。尘粒因惯性作用与水滴碰撞并粘附与水滴表面或被水滴包围、湿润、凝聚成大颗粒，从而借助重力的作用下加速下沉，起到降尘的作用。实验资料表明，若能提高尘粒与水滴的相对速度并减小水滴的直径，则

2、捕尘效果最好。图1 惯性碰撞捕尘机理2）扩散捕尘机理： 粒径在0.3m以下的尘粒，由于质量较小，扩散就成为主要的捕集因素。在空气分子的撞击下，尘粒就像气体分子一样做复杂的布朗运动，在运动的过程中，尘粒因和水滴接触而被捕集。细微的粉尘，尤其是呼吸性粉尘 (5m)，需要相应细微稠密的高速水雾粒子去碰撞拦截，使其增重或润湿，促使它们相互凝聚变成大颗粒， 才能有效沉降下来。 要想获得细微和高速运动的水雾粒子， 对于压力型雾化喷嘴来说，主要取决于供水压力 。2、以人为本，防尘喷雾主要布置在非主要行人巷道，防止水雾对人体造成不适感，人体最为适宜的相对湿度为50%-60%；3、减少成本投入，降本增效，减少高

3、压油管投入，能使用铁管的不使用高压油管；防尘喷雾设置在拔哨附近，减少管路投入同时又便于安装；4、高度要低于大巷照明，且不影响大型设备运输；5、防尘喷雾阀门要处于上风侧，高度距离巷道底板不高于1.8m。三、设计方案1、供水压力与喷嘴直径的选择1）水雾粒度与供水压力关系前苏联学者将十几位研究人员对压力型雾化喷嘴的试验结果用 基本相似准则，归纳出一个经验公式：式中 D50-雾滴粒径小于D的雾滴质量占总质量50%时的雾滴粒径，m: -特征尺寸，mm；Lp-拉普拉斯数；We-韦伯数（液滴稳定性参数）。在一定条件下，水雾化出的实际粒径是不尽相同的，它有一个分布范围，不能单纯的用平均值或中间值来代表，公认比

4、较合理的数值是用D50来代表，即雾滴粒径小于D的雾滴质量占总质量50%时的那个粒径。计算公式为：式中 d0-喷嘴口径，mm； Cq-喷嘴流量系数，与喷嘴结构有关； -喷雾锥角，即扩散角。 拉普拉斯数Lp计算如下：式中 -液体密度，水密度=1000kg/m3;-液体表面张力。水取=0.073N/m；-液体动力粘度，20水取=110-3N/（m2s） 代入上式则： 韦伯数We计算如下：式中 v-水雾轴向喷射速度，m/s；式中 k为试验系数，k=1.4；p为供水压力，MPa；将（4）和（5）式代入（1）式得：（1）当采用半径r0=0.5mm喷嘴时，喷雾扩散角=60， 流量系数Cq=0.67（试验得出

5、），k=1.4，则：（2）当采用半径r0=0.6mm喷嘴时，喷雾扩散角=60， 流量系数Cq=0.64（试验得出），k=1.35，则：图2为水雾粒径D50随压力变化的曲线图。由图中可以看到，较小口径的喷嘴在相同压力下雾滴粒径也较小。 压力在10MPa以下，雾滴粒径随压力增大下降较快； 10MPa以上压力，雾滴粒径变化已经很缓慢，靠继续增大压力来得到更小粒径的雾滴已经很困难。 1MPa以下水压，雾滴粒径是很大的，超过了250m，低压降尘效率低与雾滴粒径过大有密切的关系。图2 水雾粒径随压力变化曲线2）影响降尘效率因素分析当采用1mm口径的喷嘴时，降尘效率表达式为：（9）当采用1.2mm口径的喷嘴

6、时，降尘效率表达式为：（10） 以粉尘粒径dp为横坐标，降尘效率为纵坐标，绘制出不同压力下的粉尘沉降效率曲线如下图所示。图中曲线从下到上依次代表的供水压力分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10MPa。图3 喷嘴半径r0=0.5mm时不同压力下降尘效率曲线图4 喷嘴半径r0=0.6mm时不同压力下降尘效率曲线由图3看到，水压越大降尘效率越高，对于较大的粉尘颗粒（dp5m），各压力下的降尘效率趋于平缓；1PMa水压下的降尘效率最大是30%；3PMa水压可以达到60%；6PMa为80%；而要达到90%的降尘效率需要的供水压力为9PMa。图中还能看到，粉尘颗粒的粒径dp1m时，降尘效率急剧下降

7、，这是因为喷雾降尘在这里仅考虑了起主要作用的惯性碰撞捕尘机理。对于粒径dp1m的粉尘，主要是扩散作用和加湿的尘粒相互凝聚形成大颗粒后被捕集。图4和图3对照比较看出，在相同压力下，半径0.6mm喷嘴比半径0.5mm喷嘴降尘效率高出约10%，但这是以耗水量高出约50%为代价的。图5为这两种口径单个喷嘴耗水量（L/min）与水压力之间的关系曲线。图5 单个喷嘴耗水量与压力关系曲线3）喷雾系统参数匹配选择根据实际情况，如果限定一道喷雾装置耗水量是23L/min，5个喷嘴一组时单个喷嘴耗水量是4.5L/min，由图5中可知：（1）采用1mm口径喷嘴时，水压力可以达到4MPa，降尘效率可以达到接近70%；

8、（2）采用1.2mm口径喷嘴时，水压力只能达到2MPa，降尘效率只能达到55%；（3）同样的耗水量，降尘效果相差15%。如果想要达到80%的降尘效率：（1）采用1mm口径喷嘴时，由图3得知需要6MPa的喷雾水压；（2）采用1.2mm口径喷嘴时，由图4得知需要4MPa的喷雾水压；（3）由图5可知，单个喷嘴耗水量分别为4.9L/min和5.2L/min，1.2mm口径喷嘴虽然需要压力低，但耗水量单个喷嘴就多出1.3L/min，多消耗26%的水资源。 本次设计选用1mm口径喷嘴，采用阀门控制集控管路内水量，通过减少喷嘴个数来提高喷雾水压力，从而获得较高的除尘效率：-590东大巷共计10组20个喷嘴，

9、若要达到70%除尘效率，根据图3可知喷嘴水压达到4MPa，单个喷嘴水量4.5L/min，2吋集控水管流量控制在不小于90L/min；-590西大巷共计11组22个喷嘴，若要达到70%除尘效率，根据图3可知喷嘴水压达到4MPa，单个喷嘴水量4.5L/min，3吋集控水管流量控制在不小于99L/min；井口东门共计8组40个喷嘴，若要达到70%除尘效率，根据图3可知喷嘴水压达到4MPa，单个喷嘴水量4.5L/min，2吋集控水管流量控制在不小于180L/min；井口西门共计4组20个喷嘴，若要达到70%除尘效率，根据图3可知喷嘴水压达到4MPa，单个喷嘴水量4.5L/min，2吋集控水管流量控制在

10、不小于90L/min；2、不同地点喷雾类型的选择1）井口东西门井口东西门采用电磁阀集中控制、全断面多组双道喷雾。井口东西门为矿井进风的主要通道，非行人通道，主要是井口进出车皮运输作业，喷雾采取全断面覆盖多组双道的方式可以最大限度的提高除尘效果，采用电磁阀集中控制主要是为下一步实现自动化喷雾做好准备。图6 全断面覆盖喷雾加工设计图2） -590东、西轨道巷-590东西大巷采用手动阀门集中控制、巷中多组喷雾。-590东、西大巷为主要行人通道，产尘点主要为巷中轨道行车，巷中喷雾不影响行人通行，对主要产尘位置集中喷洒；手动阀门集中控制便于管理，-590西大巷阀门设置在-590药库门口位置，利用药库管理

11、员定时开关；-590东大巷阀门设置在III1人行车上口。-590东西大巷集控喷雾控制区域：-590东大巷：III1人行上口至II81石门三岔门-590西大巷：老调度站至II82边界石门-590东西大巷集控喷雾打开时间为：早班：6:00-7:00；9:00-10:00中班：15:00-16:00；18:00-19:00夜班：23:00-24:00；2:00-3:00图7 巷中喷雾加工设计图3）平一下口、-590翻罐笼东侧平一下口和-590翻罐笼东侧采用手动阀门控制、风水联动喷雾。风水联动喷雾具有雾化效果好的优点，适合用于主要行人巷道，但其缺点是成本高，购买成本以及后期维修成本都较高。4）斜一下口

12、、井底清理联巷、定量转载联巷斜一下口、井底清理联巷和定量转载联巷采用手动阀门控制、全断面覆盖喷雾+水幕的形式，24小时常开。这三个地点行人少，排水设施齐全，采用全断面覆盖喷雾+水幕24小时常开，可以起到完全隔断净化风流的作用。根据不同地点风速不同，实测喷雾打开后水雾全断面覆盖巷道的距离，确定斜一下口喷雾与水幕的距离为水幕位于喷雾下风侧4m；井底清理联巷水幕位于喷雾下风侧1m；定量转载联巷水幕位于喷雾下风侧1m。3、喷雾及控制开关位置布置1）井口东西门图8 新副井下口东西门喷雾及控制开关位置布置图（1）井口东西门采用电磁阀集中控制、全断面多组双道喷雾，电磁阀采用2吋电磁阀，东、西门各一个，控制开

13、关安装在井口机电硐室内，在全自动喷雾形成之前由运输区负责开关；（2）东门共计4组8道喷雾，西门共计2组4道喷雾，每组间距20米，每组中两道喷雾间距1米；（3）东门靠近井筒一道喷雾离道面高度不低于2.8米；（4）手控阀门用于控制喷雾水量，电磁阀用于控制喷雾开停。2）-590东、西大巷图9 -590东大巷喷雾及控制开关位置布置图图10 -590西大巷喷雾及控制开关位置布置图（1）-590东大巷集控区域从III1人行上口至II81采区石门，共计10组喷雾，每组间距40米；集控水管采用2吋钢管，集控阀门设置在III1人行车上口三岔门位置（具体见上图），共计两个集控阀门，一个用于控制喷雾水量，一个用于控

14、制喷雾开停；泄压阀位于II81石门三岔门处，泄压水管直接接入排水管路。（2）-590西大巷集控区域从老调度站至II82边界石门三岔门，共计11组喷雾，每组间距40米；集控水管采用3吋钢管，集控阀门设置在-590炸药库东门三岔门位置（具体见上图），共计两个集控阀门，一个用于控制喷雾水量，一个用于控制喷雾开停；泄压阀位于老调度站处，泄压水管直接接入排水管路。3）斜一联巷下口、-590翻罐笼东侧图11 平一联巷下口喷雾及控制开关位置布置图图12 翻罐笼东侧喷雾及控制开关位置布置图（1）斜一联巷下口和翻罐笼东侧采用风水联动喷雾，均采用一托四的方式，两道喷雾间距2米，每一处共计4道； （2）水通过水质过

15、滤装置与喷雾连接，风通过压风过滤装置与喷雾连接。4）斜一联巷下口、井底清理联巷、定量转载联巷图13 斜一下口联巷喷雾及控制开关位置布置图图14 井底清理联巷喷雾及控制开关位置布置图图15 定量转载联巷喷雾及控制开关位置布置图（1）斜一下口、井底清理联巷、定量转载联巷因行人少可以采用全断面喷雾加水幕的办法，实现风流隔断除尘。根据风速不同，喷雾与水幕的距离也不同，水幕要安置在水雾经喷嘴喷出到全断面覆盖巷道的位置，根据现场实测，确定斜一下口喷雾与水幕的距离为水幕位于喷雾下风侧4m；井底清理联巷水幕位于喷雾下风侧1m；定量转载联巷水幕位于喷雾下风侧1m。（2）上述三个地点现场排水设施齐全，喷雾24小时常开。4、井底车场喷雾检修周期安排和属地管理责任井底车场喷雾每三天进行一次巡检，用细针清理喷雾头，防止喷头堵塞，对于已堵塞且处理不好的喷头及时进行更换。巡检要有记录台账，台账明确记录巡检时间、地点、巡检人、存在问题和已解决问题。防尘喷雾地点要悬挂巡检牌板，牌板填写巡检时间、地点、巡检人、存在