第5章 采煤工作面其他防降尘技术

1、潞安矿区综合防尘技术及实践5 采煤工作面其他防降尘技术5.1 采煤机负压二次降尘系统的应用5.1.1 负压二次降尘系统的作用机理采煤机负压二次降尘装置是在充分研究国内外综放（采）面降尘技术的基础上提出的负压降尘技术把高压水引入工作面降尘，其基本原理为水雾活塞技术，主要针对采煤机滚筒割煤时产生的涡旋风流即尘源点，利用负压降尘装置产生两倍于采煤机滚筒的涡旋风流，将其吸收并净化，从而达到预期效果1。除尘示意图见下图：图5-1 采煤机负压二次降尘器系统喷雾示意图1负压降尘装置；2摇臂；3滚筒；4抽吸风流采煤机高压喷雾及负压二次降尘系统由水箱向高压水泵供水，水泵通过喷雾控制阀、喷雾装置，实现高压喷雾。另

2、外由于压力较高，产生的雾气流速很快，动能较大，加之高速雾气流把负压筒已全密闭充满，在所有负压筒的后部及整个降尘装置周围产生了很强的负压空间场，因而可以把采煤机滚筒及附近含尘浓度高的空气吸入到降尘装置内，起到负压降尘的作用。高压水雾从降尘装置的前端喷出时，由于水雾的活塞作用原理，降尘装置周围产生很强负压场，可将采煤机端部及滚筒附近含尘浓度高的空气吸入并予以彻底净化。从降尘装置前端喷出的高速雾、气流从滚筒的断面切过，具有足够的能量控制滚筒旋转所形成的涡旋风力场，使含尘浓度高的空气被吸入高速雾气流中，其中大部分粉尘可与雾粒结合、沉降，空气得到净化。从降尘装置前端喷出的高速雾、气流吸入并净化滚筒附近空

3、气后，受空气阻力，逐渐减速失去动能后，还会有粉尘混入，其中一部分在降尘装置形成的负压作用下，重新被吸入降尘装置，受到彻底净化后又被以高速喷出，进而去净化滚筒周围的空气。局部循环风流的形成使整个工作面空气受到净化。5.1.2 负压二次降尘系统的组成及改造设计1）负压二次降尘器系统的组成KCP-2F型采煤机负压二次降尘器系统主要由高压水泵、供水自动控制水箱、负压二次除尘装置及高压管路等组成，该装置的主要技术特征见表5-1。采煤机负压二次降尘器，利用设置在工作面顺槽由高压水泵、供水自动控制水箱组成的高压泵站，将低压水转化成高压水并通过沿顺槽至工作面敷设的高压管路输送到布置在采煤机两端头上的负压二次除

4、尘装置；负压二次除尘装置将供给的高压水，转化成控制采煤机滚筒割煤产尘源向外扩散的汽雾流屏障和局部含尘风流净化除尘系统，实现对采煤机滚筒割煤产尘的就地净化、阻止和减少粉尘向外扩散。负压二次除尘装置直接安装在采煤机的两端头，用M24螺栓固定在采煤机两端头的连接板上。表5-1 负压二次降尘装置主要技术特征表装置名称技术参数高压水泵型号BP75/12额定压力10MPa最大压力12MPa额定流量4.5m3/h最大外型尺寸1340mm×640mm×750mm整机质量600Kg工作电压380/660V或660/1140V功率18.5kW供水自动控制箱有效容积800L最大外型尺寸1500&

5、#215;700×1000mm适应供水压力4Mpa净重180Kg负压二次除尘装置汽雾流拦截粉尘屏障张开角度5582°处理含尘风量80100m3/min2）结构特征KCP-2F型采煤机负压二次降尘器，利用设置在工作面顺槽由高压水泵、供水自动控制水箱组成的高压泵站，将低压水转化成高压水并通过沿顺槽至工作面敷设的高压管路输送到布置在采煤机两端头上的负压二次除尘装置；负压二次除尘装置将供给的高压水，转化成控制采煤机滚筒割煤产尘源向外扩散的汽雾流屏障和局部含尘风流净化除尘系统，实现对采煤机滚筒割煤产尘的就地净化、阻止和减少粉尘向外扩散。KC P-2F 负压抽吸二次降、除尘 喷洒 矿用

6、除尘器由高压水泵、自动供水控制水箱组成的采煤机负压降尘器高压供水系统如图5-2：煤层1432轨顺采煤机至左负压二次除尘装置至右负压二次除尘装置131319变三通（a）截止阀D675进水出水（b）图5-2 采煤机负压降尘器高压供水系统示意图a）供水管路系统；b）高压泵站系统1高压泵站；2高压供水管1（管径25，从顺槽泵站至工作面中间）；3变节头（2519）；4高压供水管2（管径19，从工作面中间至采煤机机面）；5自动供水控制水箱；6水箱内置过滤器；7高压水泵说明：由于采煤机负压降尘器高压供水系统，是在不改变采煤机现有水路系统基础上新增加的一路高压供水；因此，受采煤机现有电缆夹槽空间的限制，可能存

7、在着不能在夹槽内放置较大直径的高压胶管；为了尽可能减少管路造成的水力损失，在供水管路的选配上应做到相应的搭配。敷设于电缆夹槽内的高压胶管直径应不小于19，在直径19的高压胶管仍无法放入电缆夹槽时应考虑采用较小直径的双管路，如直径13的双路高压胶管。3）主要研究改造内容（1）针对现场的实际情况，设计增加高精度过滤器提高水质，防止喷头堵塞，保证喷嘴雾化效果；（2）对喷雾座底座和喷嘴角度及安装位置进行研究设计，并实施改造，使喷射的水雾能封闭采煤机滚筒，降低采煤机割煤时工作面粉尘浓度；同时防止喷雾座和喷嘴损坏；（3）对高压胶管的配置进行研究设计，重新组合保证流量；（4）对减压阀的压力进行调试使喷雾效果

8、达到最佳状态。4）采煤机负压二次降尘器系统的研制改造本系统的改造关键点也即技术难点：供水系统高压水泵、自动供水控制水箱及供水管路的敷设，负压二次降尘装置与采煤机的连接。具体如下：高压水泵的安装与调试：为减少水头损失，高压泵进水管应尽可能的短，并且用适当长的软管来隔离振动，高压泵的加压应缓慢进行，升压过程中应随时注意有无异常声音及振动。第一次使用时应先将位于高压泵液力端的安全阀完全开启，使泵处于低压启动，对减压阀的压力进行合理调适，逐渐调节到所需工作压力。自动供水控制水箱的应用：在正常工作下，为保证水流流经高压水泵之前水量的平衡及压力的稳定，从而使高压水泵发挥最佳效用；在突然断水状态下或水压不稳

9、的状态下，使高压水泵有一个缓冲时间，不至于空转导致水泵烧坏甚至导致更严重事故的发生；水箱里面的过滤器可以对井下水质不太好的水进行第二次过滤，从而使流经高压水泵的水真正无杂质，孔隙细小的喷嘴不至于堵塞，使喷雾效果达到最佳状态。供水管路的敷设：根据电缆槽的空间大小，对高压胶管的配置进行研究设计，重新组合保证流量，KJ-25与KJ-16或KJ-19搭配合适。负压二次降尘装置与采煤机的连接：对喷雾座底座和喷嘴角度及安装位置进行研究设计，并实施改造，从而保证采高度的合适，同时防止喷雾座和喷嘴损坏，使喷射的水雾能封闭采煤机滚筒，降低采煤机割煤时工作面粉尘浓度；5）达到的技术指标和要求：高压水泵额定压力达到

10、10MPa，最大流量在4.5m3/h，汽雾流拦截粉尘屏障张开角度5582°，处理含尘风量在80100m3/min之间。项目完成后，喷嘴雾化效果显著提高；喷射的水雾能封闭采煤机滚筒，降低采煤机割煤时工作面粉尘浓度，即降尘率达85。5.1.3 负压二次降尘系统的安装及应用1）负压二次除尘装置在采煤机上安装采煤机负压二次降尘器能否在采煤机上使用并取得应有的降尘效果，负压二次除尘装置在采煤机上安装是前提，根据在采煤机上的应用实践，采用将负压二次除尘装置固定在采煤机截割电机外壳上的安装方式，使其喷雾控尘和负压抽尘净化能随着采煤机摇臂同步升降，有效控制滚筒割煤产尘向外扩散，如图5-3所示：图5-

11、3 负压二次除尘装置在采煤机摇臂上的安装示意图1煤壁；2滚筒；3摇臂；4负压降尘装置；5抽吸风流负压二次除尘装置可采用下井前直接焊接在采煤机摇臂上，将负压二次除尘装置安装连接架焊接在采煤机摇臂上（负压二次除尘装置通过连接螺栓与安装连接架固定）以及利用捆扎钢带（钢丝绳）将安装连接架固定在摇臂上（负压二次除尘装置通过连接螺栓与安装连接架固定）等几种连接固定方式来实现，这几种安装方式均在不同类型的采煤机上得到应用并取得成功。根据采煤机的具体条件采用适合的安装方式就能有效地将负压二次除尘装置固定在采煤机摇臂上。具体安装在采煤机的两端头，用M24螺栓固定在采煤机两端头的连接板上，如图5-4所示：（a）（

12、b）图5-4 负压二次除尘装置在采煤机上的安装示意图（a）安装平面示意图；（b）安装正视示意图注：连接板与采煤机之间的固定方式有多种：如直接将连接板焊接在采煤机端头，或用螺栓将连接板固定在采煤机机面上。不同型号或同一型号不同生产周期的采煤机负压降尘装置连接板的结构是不同的，应根据现场情况进行设计。2）高压供水管路的敷设根据安装实践采用三种规格的高压胶管将泵站的高压水输送到安装在采煤机摇臂上的负压二次除尘装置，泵站至采煤工作面采用200米KJR25-II高压胶管供水，沿工作面冷却水管敷设，工作面至采煤机段采用150米KJR16-II高压胶管供水，沿电缆夹槽敷设，输送到采煤机的高压水用2根15米K

13、JR13-II高压胶管分别输送到安装在采煤机两端摇臂上的负压二次除尘装置，形成完整的高压供水系统。3）高压泵站的安装与试运转高压泵站一般采用两泵一箱的布置方式，两台高压泵交替使用，高压泵采用BPZ75/12型，水箱采用体积小的ZGS-800型高压自动供水箱，高压泵站安装在工作面顺槽乳化液泵站处。高压泵站可采用与采煤机联动控制方式和单独控制方式实现，这两种控制方式均得到应用。（1）高压泵安装时应水平放置，安装前应仔细检查各部位在完好无损的情况下方可进行安装。（2）为了减少水头损失，高压泵的进水管路应尽可能的短，并且用适当长的软管来隔离振动；同时为了保证高压水泵的工作可靠，进水管路应斜放以免产生气

14、泡，确保供水连续、并且无紊动；（3）高压泵在运转前应将规定的润滑油通过加油孔注入泵体，注入油量的多少以油池内的静止油面保持在油镜的2/3位置处为宜；（4）高压泵在启动前应将泵的压力侧完全开启，检查泵吸入段的接头是否可靠，以免泵在运行过程中吸入空气；让水从泵的出口排出，将泵体水力段的所有空气排出；（5）经空运转正常的高压水泵才可以加压，加压过程应缓慢进行，升压过程中应随时注意有无异常的声音及振动，如有应及时停车进行处理；（6）高压水泵和自动供水控制水箱的安装应平稳、可靠，防止在使用过程中发生倾倒；5.1.4 负压二次降尘系统的应用效果KCP-2F型采煤机负压二次降尘器系统，2007年10月在漳村

15、矿2202工作面得到实施，高压水泵额定压力达到10MPa，最大流量在4.5m3/h，汽雾流拦截粉尘屏障张开角度55°82°，处理含尘风量在80100m3/min。安装调试完成后，喷嘴雾化效果显著提高；喷射的水雾能封闭采煤机滚筒，降低采煤机割煤时工作面粉尘浓度，现场实测降尘率达85%。井下应用情况图片如下图5-5。图5-5 负压二次除尘装置井下应用效果从现场使用情况和效果来看，达到了预想的效果，实现了研制目标。5.2 综放支架放煤口负压捕尘装置的应用目前国内综放工作面煤尘防治现状，与国家煤尘防治卫生标准相比还有较大的差距，针对低位后开天窗放顶煤液压支架，实施以高压水为动力源，

16、喷嘴、集流部件、控制部件、联接部件、管路布置等结构合理匹配的负压捕尘装置对改善煤矿井下职工的工作环境、防治和降低井下职工尘肺病的发生具有重大的安全效益和社会效益。综放支架放煤口负压捕尘装置将综放面放煤口放煤时产生的煤尘控制在捕尘系统低压分布区，一部分粉尘被捕尘装置捕捉并被湿润沉降排除，未被捕捉的粉尘控制在支架后部低压区域，不扩散到人行道，实现综放面放煤口放煤时，粉尘治与防的双重效果。5.2.1 负压捕尘系统的构造及工作原理1）系统的工作原理系统主要由负压捕尘装置、液控水阀和相关液压管路构成。系统工作原理：由于负压产生器产生压力较高，产生的雾气流速很快，动能较大，形成高压射流，加之高速雾气流的扩

17、散直径大于负压感应器直径，把负压感应器全密闭充满，高速雾流在负压感应器内呈紊流状态高速推进，形成水雾活塞，负压感应器前方的空气被源源不断的水雾推出去，负压感应器的后部产生了很强的负压空间场，因而可以把附近含尘浓度高的空气吸入到降尘装置内，粉尘与水雾在负压感应器、流场加速器、混合效应管里不断地结合、反复碰撞、重新组合，大部分粉尘与雾粒结合在混合发散器出口处沉降下来，从而起到负压降尘的作用2。负压感应器、流场加速器、混合效应管内粉尘的捕集可以分为以下四种方式：（1） 重力捕集：大尘粒依靠自身重力进入水滴；（2） 惯性碰撞捕集：较大尘粒在运动过程中遇到液滴时，其自身的惯性作用使得它们不能沿流线绕过液

18、滴仍保持其原来方向运动而碰撞到液滴，从而被液滴捕集；（3） 截留捕集：当尘粒随气流直接向液滴运动时，若尘粒与液滴的距离在一定范围以内，该尘粒将被液滴吸引并捕集；（4） 布朗扩散捕集：微细尘粒随气流运动时，由于布朗扩散作用，而沉积在液滴上。系统的工作过程是：当尾梁插板油缸动作，即开始放顶煤工序时，控制进入插板油缸的油液分出一支进入联控水阀控制油口，将联控水阀打开，使高压水进入负压捕尘装置，开始正常工作，实现放顶煤工作与负压捕尘喷雾的同步进行。2）捕尘装置的构造及原理负压捕尘装置主要由负压产生器、射流定位器、负压感应器、流场加速器、混合效应管、混合发散器、煤尘收集器接口、煤尘收集器组成，见图5-6

19、。图5-6 放煤口防尘、捕尘装置1负压产生器；2定位保护螺钉；3射流定位器；4负压感应器；5流场加速器；6混合效应管；7混合发散器；8，9定位联接板；10煤尘收集器接口；11煤尘收集器；12，13定位联接板其工作过程：利用压力水为动力，通过负压产生器射流水质点的横向紊动作用将负压感应器4内的空气带走，形成负压区，在装置内外压差作用下，含尘空气不断从煤尘收集器11流入负压感应器4，并随负压产生器喷出的水流在混合效应管混合，此时2股流体速度逐渐趋向一致，在混合发散器中，煤尘被水雾充分包围湿润，最后被排出，结构简单、除尘效率高，加工容易、安装方便。5.2.2 负压捕尘系统的FLUENT数值模拟在系统

20、研究中，将“气”定为第一相，将水雾定位第二相，由于用水量受到很大限制，所以采用FLUENT中的离散相模型，利用欧拉多相流进行数据处理，仿真得到的相关图像即数据如下所示。仿真中所建立模型没有考虑煤尘收集器的影响，所划分网格采用四面体形式3。图5-7 空气速度流场仿真从该图中可以得到第一相（气）的速度大小，在流场加速器部位，该相的最大速度为1.60m/s，在煤尘收集器接口处的流速为0.73m/s。图5-8 空气体积流场仿真图5-9 混合压力分布流场仿真从以上两张图可以看到水与气的混合体积比例约为1/9，即能实现负压喷雾降尘的液气比为0.1左右，煤尘收集器接口处的负压值为0.9MPa左右（相对于标准

21、大气压）5.2.3 负压捕尘系统的几何参数设计1）设计要求：（1）关于计算前的若干设定：动力源水压P选择为0.510MPa；喷嘴口直径D为5mm；处理风量Q为5294.7m3/min。（2）除尘效率达98%。2）根据根据质量守恒连续方程、喷射器实验基本性能曲线和经验公式进行以下分析计算：（1）设高速流体从喷嘴中以V1速度喷出，带动接受管中流体以V2流出，设两者为同一流体。两股流体在等直径的喉管中混合，在喉管出口处的速度以V3计算。根据质量守恒连续方程知：A1V1+（A3-A1）V2=A3V3，并设气（煤尘）、水两相流为控制体，取A1断面喷嘴口直径为5mm，V1=31.3m/s，V3断面喉管直径

22、为57mm。经分析计算选择喉管出口速度V3=，并将相应参数代入得V3=32.66m/s。（2）喉管直径D1的确定：从空气动力学考虑。式中：设V0=V3喉管流速，m3/s，取Q0处理风量取294.7m3/min。经分析计算得：57（mm）。（3）喉管长度L2=4D1=4×57=228mm。（4）喉嘴距Lc=3.5d1=3.5×5=17.5。式中喷嘴直径d1取5mm。（5）渐缩管4大端直径D2=1.58D1=1.58×57=90mm。（6）渐缩管4长度L1=1.7（D2-D1）=1.7（90-57）=56mm。（7）渐扩管7大端直径D4=1.8D1=1.8×

23、57=103mm。（8）渐扩管7长度L4=4（D4-D1）=4×（103-57）=184mm（渐扩管的均匀扩散角=58º）。（9）喷嘴的耗水量，m3/s。式中：d0喷嘴口直径，m；w水的密度，kg/m3；pw喷嘴入口处水压，Pa；kw喷嘴耗水量系数。取d0=5×10-3m；w=1000kg/m3；pw=0.5×106Pa；kw=0.3。经计算得：Qw=11.17L/min。5.2.4 喷嘴的受力分析和强度校核1）喷嘴的形式选择喷嘴一般可分为收缩锥形、流线形和孔板等形式，在此采用流线形。设喷嘴口直径为d，喷嘴出口处有一圆柱段，其长度与喷嘴出口直径有关，则长

24、度为0.25d，取d=5mm时，则长度为0.25×5=1.25mm。2）喷嘴的材料选择和壁厚确定喷嘴的外壳材料选用45#钢，屈服强度s=36kgf/mm2，取喷嘴的外壳内径为30，动力源水压为510MPa根据应力状态理论、强度状态理论分析：若在喷嘴的外壳上以纵横两组平面切出单元体，则该单元体受到两个方向的拉伸，各截面上均无剪应力，作用在横断面上的和纵断面上的都是主应力，在单元体的第三个方向上，因作用在内壁上的水压和外壁上的大气压都远小于和，可以认为等于零，所以喷嘴外壳应力可按二向应力状态考虑。（1）从静载荷考虑横截面上应力计算喷嘴外壳壁厚：根据塑材料许用应力和安全系数、轴向拉伸或压缩

25、时的强度条件，并将相应参数代入得：喷嘴外壳壁厚t=0.265（mm）。（2）以喷嘴筒壁的纵向截面上应力“计算喷嘴外壳壁厚：根据塑材料许用应力和安全系数、轴向拉伸或压缩时的强度条件，并将相应参数代入得：喷嘴外壳壁厚t=0.531（mm）。（3）从动载荷考虑喷嘴筒壁的纵向截面上应力“计算喷嘴外壳壁厚：根据在工作过程中控制水阀频繁开启，可能产生水击现象，取动载系数ka=8，现建立在动载荷情况下塑材料许用应力和安全系数、轴向拉伸或压缩时的强度条件，并将相应参数代入得：喷嘴外壳壁厚t=4.249（mm）。5.2.5 供水管路系统主要技术参数综放面负压捕尘装置的降尘效果与供水管路系统密切相关，所以必须对液

26、压支架放煤口负压捕尘装置供水管路系统进行设计，系统主要技术参数如下：（1）喷嘴：综放工作面液压支架架间设喷嘴2个，支架前探设喷嘴一个流量均为5L/min，放煤口设喷嘴一个流量为11L/min，综放工作面每个液压支架供水量，按水压范围和所设喷嘴数目确定为2637L/min；（2）供水系统总压力损失=P沿1+P沿2+P局2.6MPa；（3）供水管径确定：泵站至工作面支架选用32钢丝编织高压胶管，支架至喷嘴选用13高压胶管；（4）喷雾泵选型：首选国产喷雾泵PB-320/63型，其理论流量为320L/min，额定压力为6.18MPa；支架放煤口放煤、移架自动供水工作原理主要用联动阀来实现，支架放煤时，

27、收缩放煤千斤顶油路中分出一股乳化液进入联动阀阀座的千斤顶收缩油孔后，打开控制水路的阀芯，使喷雾水接通，放煤口放煤和负压降尘装置开始工作，放煤完毕放煤千斤顶伸出关闭放煤口，此时，放煤千斤顶伸出时油路中分出一股乳化液进入联动阀阀座的放煤千斤顶伸出油孔口，使控制水路的阀芯关闭，从而关闭了水路，支架放煤口降尘自动供水就此完成。移架自动喷雾的原理也是利用升柱和降柱时的乳化液来控制水路阀芯来达到自动喷雾的目的。5.2.6 控制煤尘飞扬扩散所需风量1）确定吸尘罩大小和位置的原则：对于控制液压支架放煤口煤尘的设计要求，主要在液压支架放煤口吸尘罩外则区域形成低压空气幕，按不完全密闭形式，尘源在吸尘罩外则利用吸风

28、速的控制粉尘飞扬，因粉尘控制区域吸入风速与吸尘罩口距离有关，并随粉尘控制区域与罩口距离的平方而衰减，吸尘罩口形式、大小及安装位置方法，可根据放顶煤液压支架的架型参数和放煤口的空间位置来确定。2）吸尘罩口的速度场圆形吸尘罩口，其速度场计算与罩口有无挡板关系密切，在此按有挡板考虑。根据公式：ux=。式中ux表示距罩口xm处的风速，m/s；A表示罩口断面积，m2；u0表示罩口处风速，m/s；根据上述负压集尘器几何参数与空气动力学分析计算：取A=0.12585m2，罩口处风速u0=6.62m/s，根据ux=，经计算得：距吸尘罩口0.5m处的风速ux=0.5=0.42m/s；距吸尘罩口0.2m处的风速u

29、x=0.2=0.67m/s。3、负压捕尘装置吸罩口所需风量根据求要捕捉粉尘风速，可近似计算所需风量：依据风量计算公式：Q=0.75×（10x2A）ux，m3/s；式中：x粉尘与吸尘罩口距离；A表示距罩口断面积，m2；ux表示距罩口xm处的风速，m/s；取x=0.5m、A=0.12585m2、ux=0.5=0.42m/s。代入风量计算公式：Q=0.75×（10x2A）ux，经计算得：距吸尘罩口0.5 m处所需风量Q=50m3/min；当取x=0.2m时，经计算得：距吸尘罩口0.2m处所需风量Q=16m3/min。5.2.7 应用效果通过实施综放支架放煤口负压捕尘系统，实现了放

30、煤口负压捕尘装置的自动工作；负压喷雾的液气比控制在10%12%以下；喷嘴出口雾流速度3040m/s；水压在12MPa以上时雾流速度可达40m/s以上；放煤口的粉尘浓度可降低8085%；在不高的水压（8MPa）条件下，降尘率可达70%以上，若条件许可，再提高水压，降尘率可达到80%的要求。5.3 喷雾泵配套旋流过滤器的应用5.3.1 原始过滤器存在的问题由于水资源的匮乏，所用的喷雾水源为矿井水经地面沉降、过滤净化后的复用水。由于水质问题，喷雾降尘所用的喷嘴经常发生堵塞，影响防尘工作的正常进行。采用地面净水器和沉淀池净化，由于水的用量较大，水没有足够的时间沉淀及流动冲击作用，处理后的水杂质含量很高

31、，不宜直接用于水喷雾，净水器体积大、结构复杂，只适用于地面水源净化，且井下防尘用水管道经常拆装等原因，杂质煤粉等不可避免进入管道，造成喷嘴堵塞问题。因此在井下喷雾之前必须安装水净化处理装置。以往单纯的网式、线隙式、烧结式过滤器，若采用细目滤芯，使得空间受到限制，过滤面积小，阻力损失大，滤芯易堵塞；若采用粗目滤芯，细颗粒物杂质滤不掉，不能解决喷嘴堵塞问题。煤矿井下喷雾通常使用RG20L型直通过滤器，其主要缺陷是：（1）储存滤物的空间小；（2）较大颗粒物受水流作用易附着在滤网上，影响过滤器的过水能力，增大了压力损失，影响雾化效果；（3）大量杂物一直在滤网附近受水流冲击，部分悬浮物易通过滤网，使喷嘴

32、发生堵塞的可能性增加；（4）靠滤网过滤，滤网网孔大，过滤效果差；滤网网孔小易堵塞，影响过水能力，增加维护工作量；（5）因采用反冲法清除滤网上的悬浮物，需停止正常供水，影响生产，操作麻烦4。5.3.2 新式旋流过滤器的开发及优势1）开发及结构特征煤矿生产中普遍使用的与井下喷雾泵配套的过滤器组主要由锻压或焊接成型的圆筒壳体、滤网、排污口组成。由于没有挡尘措施，且进水口在过滤器的底部，没有沉淀过程和存储空间，颗粒物及悬浮物等杂质不能有效沉淀，滤芯堵塞问题严重，过滤器不能正常工作。新式旋流过滤器以旋流式沉淀除尘为主，网式过滤为辅。能快速排污的旋流过滤器。该旋流过滤器的结构是，将过滤器的圆筒式壳体适当加

33、长，过滤器进水口位于壳体的上部三分之一处，且由切线方向进入，在壳壁对水流施加的向心力的作用下，在器内形成旋流，使水中杂质在离心力的作用下甩向筒壁，并靠自重而沉淀。为了加速杂质的沉淀，在过滤器壳体内壁设置了3至4块圆环锥形挡尘板，挡尘板与壳体轴线的夹角为30°60°，大口朝上，上周边与壳体内壁焊在一起。挡尘板既可防止杂质上浮，又给杂质一定的向下重击力，且降低过滤器下部水的旋转速度，加速杂质沉淀，使滤罩处的杂质减少，滤网不易堵塞。为了提高喷雾用水的雾化效果，可将圆环锥形挡尘板用磁化钢板制成5。如下图5-10所示为旋流过滤器的结构示意图。图5-10 旋流过滤器的结构剖面示意图1进

34、水口；2壳体；3滤罩；4出水口；5端盖；6档尘板；7排污阀；8排污管由于过滤器进水口与排污口之间有三分之二壳体长度的沉淀空间，使杂质能形成一定的沉降过程和储存能力，有利于杂质的沉淀和储存。将过滤器底部靠近排污口三分之一设计成圆锥体形，便于杂质沉淀在一起，以利于排污。为了提高滤网的过滤面积和抗冲击能力，将滤网附着在圆柱形的刚性框架上，形成过滤罩，增大了滤网的过滤面积，降低了喷雾用水的阻力损失，并使滤网的使用寿命大大延长。2）旋流过滤器的优势旋流过滤器主要技术特征是以旋流沉降为主，网式过滤为辅，并能不停水排污。水流在圆筒形过滤器壳体内部以切线方式进入，在壳壁对水流施加的向心力的作用下，在器内形成旋

35、流。在旋流产生的离心力、过滤器内的圆环锥形挡板和杂质自重的作用下，使杂质沉降于过滤器下部的锥形储存空间内，用下端的排污口在不停止供水的情况下定时排污。过滤器上部过滤网对比重较小不能沉降的杂质起到进一步过滤的作用。喷雾配套的旋流过滤器技术在潞安集团各矿进行了推广应用，并取得了较好的经济效益和社会效益。它与煤矿井下传统使用的网式直通过滤器比较，具有以下优点：（1） 靠旋流作用可过滤掉一些滤网不能滤掉的细微杂质，过滤性能明显提高；（2） 减少了滤网的过滤承载量，使滤网不易堵塞和损坏，且更换简便，维修方便，延长了过滤器的使用寿命；（3） 滤网罩为柱状体，过滤面积大和滤网堵塞程度的降低使得过滤器压力损失

36、降低，提高了工作点的雾化效果；（4） 排污方便，无须停水排污，一般不需反冲法清洗，不影响生产。5.3.3 新式旋流过滤器的应用FXG-I型旋流过滤器首先应用于潞安矿区王庄煤矿1303下运工作面。该工作面位于山西组3#煤层，煤层埋藏深度为200m，煤层厚度7.08m，倾角3.4°5.06°，硬度f=13，工作面涌水量20m3/h。工作面长度182m，推进长度为130m，采煤方法为走向长壁全部垮落法，分层综采，开采下分层。采煤机为MXA-300型，支架为ZY-35型液压支架，作业形式为两采一准，日循环为8个，循环产量434.89T，平均日产量3135T。FXG-I型过滤器安装在

37、王庄矿1303工作面运输巷的电器列车上，主要担负转载点、破碎机、机头转载点和采煤机、支架喷雾用水系统的过滤。该系统设计喷雾用水量为110L/min，供22个喷嘴喷雾之用，每个喷嘴流量为5L/min。在过滤器安装前，归过滤器顶盖密封圈进行了加工改造，并加工制造了过滤器进水口，出水口连接件，以便于按照压力表、流量表等测试仪器和便于取水样。具体结构参数见下表5-2。表5-2 旋流过滤器的结构参数：技术参数工作压力（MPa）流量（L/min）旋流圆筒直径（mm）旋流圆筒高（mm）进水口与出水口高差（mm）进、出水口直径（mm）重量（kg）13.51005273257005005035进水口连接件是由2

38、寸钢管、2寸球形截止阀、压力表座及表座上的25阀门组成。过滤器的结构及在管路中的安装示意图如下图5-11：图5-11 旋流过滤器的结构及安装示意图1过滤器外壳；2过滤器进水口；3过滤器出水口；4过滤器排污口；5排污口阀门；6进水胶管；7压力表；8压力表座阀门；9压力表座；10流量表；11球形截止阀；12出水胶管；13电气列车5.3.4 新式旋流过滤器的应用效果为考察新式旋流过滤器的应用效果，应先对其压力、流量等相关运行参数进行测定。1）压力及阻力测定在过滤器进水侧和出水侧的压力表座上分别安装上2.5MPa的压力表，打开表座上的阀门，在过滤器正常工作状态下，过滤器进、出水侧的压力分别为1.6MP

39、a和1.58MPa；其压力损失0.02MPa，在关闭出水侧阀门的状态下，其喷雾水的静压力为1.85MPa。2）流量测定在正常工作状态下，即所担负喷嘴都喷雾的情况下，实测过滤器的流量为115L/min。由以上压力和流量的测定可以看出，因该旋流过滤器的滤网罩的结构为圆台式，使其过滤面积大大增加，因而所造成的压力损失很小。流量和压力均能满足喷雾用水的要求，水压对过滤网也不会造成破坏作用。3）取水样化验取水样方式为：（1） 进水侧和出水侧水样是由软胶管将压力表座与塑料水壶连接起来，打开表座上的阀门，每次取三分之一，间隔为20分钟，分三次取够一个水样5L，以尽可能使水样具有普遍性。（2） 排污口的水样是

40、用软胶管将排污口与塑料水壶连接起来，打开排污口上的阀门，一次取够一个水样5L，以尽可能取到排出的污物。第一次取样工作于10月17日下午完成，过滤时间（即上次排污与本次排污的间隔时间）为4天，分别对过滤器出水侧、进水侧和排污口取样3个，24小时之内送往中国辐射防护研究院柯菱环境技术公司分析化验。第二次取水样时间为10月30日，过滤时间为2天。第三次取水样时间为11月8日，过滤时间为7天。在此次对排污取样时，因连接软管破裂，没有取到排污水，在污水排出后，所取到的3#水样仍为进水侧水样。同时在与高工作面邻近的采用同一水源的13通52水平大巷，对所使用的直通式过滤器的进水和出水进行了取样。三次取得的水

41、样分析化验结果及对比情况见下表5-3。表中，样品1#、2#、3#分别为旋流过滤器出水、进水、排污水样。4#、5#分别为直通式过滤器的出水、进水水样。表5-3 取水样化验分析对比表过滤器形式取样时间过滤时间（天）水样编号悬浮物浓度（mg/L）过滤降低值（mg/L）最大粒径（m）过滤效果（%）滤网目数（目）旋流式10月17日48.903.125.838012.0438.81710月30日212.49.844.148022.2503.85.611月8日740.3714.88047.34.6直通式118.316.57804）结果分析（1）过滤效果随过滤时间的延长而降低从分析化验结果（图5-12）来看，在过滤器排污间隔时间（过滤时间）为2天的情况下，进水侧与出水侧悬浮物浓度分别为22.2mg/L和12.4mg/L，过滤效果为44.14%；过滤时间为4天时，进水侧与出水侧悬浮物浓度分别为12.0mg/L和8.9mg/L，过滤效果为14.8%，过滤效果随过滤时间的变化规律如下图所示。在及时排污的情况下，过滤效果较理想，随着过滤时间的延长，过滤效果越来越差；最佳过滤时间，即排污间隔时