干霧系統“氣 - 水聯動”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“氣 - 水聯動”機制在煤礦井下的應用情況。通過分析傳統煤礦井下降塵方式的不足，介紹了“氣 - 水聯動”干霧系統的工作原理、組成結構以及在煤礦井下不同作業場景的應用突破。該機制有效提高了煤礦井下的降塵效率，改善了作業環境，保障了安全生產，為煤礦行業的粉塵治理提供了新的思路和方法。
一、引言
煤礦井下作業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，引發塵肺病等職業病，還可能引發爆炸等安全事故，影響煤礦的安全生產。傳統的降塵方式，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“氣 - 水聯動”機制的出現，為解決煤礦井下粉塵問題提供了新的途徑。
二、傳統煤礦井下降塵方式的不足
（一）灑水噴霧降塵
傳統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
一些傳統降塵設備在煤礦井下惡劣的環境條件下，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“氣 - 水聯動”機制的工作原理
干霧系統“氣 - 水聯動”機制是基于氣液兩相流原理設計的。該系統通過特殊的裝置，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 - 水聯動”干霧系統的組成結構
（一）供氣系統
供氣系統主要由空氣壓縮機、儲氣罐、空氣過濾器等組成。空氣壓縮機負責將空氣壓縮至系統所需的壓力，一般為0.5 - 1.0MPa 。儲氣罐用于儲存壓縮空氣，以保證系統在運行過程中有穩定的氣源供應，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影響噴頭的正常工作和霧滴的形成質量。
（二）供水系統
供水系統包括水箱、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 - 水聯動”干霧系統的核心部分，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境，保證長期穩定的噴霧性能。
（四）控制系統
控制系統用于對整個干霧系統進行智能化控制。它可以根據煤礦井下不同作業區域的粉塵濃度傳感器反饋的信息，自動調節供氣系統和供水系統的參數，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，控制系統還能對設備的運行狀態進行實時監測，如壓力、流量、設備故障等信息，并及時發出報警信號，確保系統安全、穩定運行。
五、“氣 - 水聯動”干霧系統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。傳統降塵方式難以有效控制這些粉塵的擴散。“氣 - 水聯動”干霧系統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或獨立的供氣供水系統，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 - 水聯動”干霧系統后，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環境，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，會產生大量高濃度粉塵。“氣 - 水聯動”干霧系統針對掘進工作面的特點進行了優化應用。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聯動，在掘進機工作時自動開啟噴霧。同時，利用氣 - 水聯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，該系統使粉塵濃度降低至原來的30% - 50%，有效解決了掘進作業中的粉塵難題，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。傳統降塵措施在這些部位的效果往往不佳。“氣 - 水聯動”干霧系統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 - 水聯動產生的干霧能夠迅速覆蓋整個轉載區域。
當煤炭轉載時，干霧系統自動啟動，霧滴與揚起的粉塵充分接觸，將粉塵快速沉降。與傳統降塵方式相比，該系統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，改善了整個運輸環節的作業環境。
六、應用效果與優勢總結
（一）降塵效果顯著
“氣 - 水聯動”干霧系統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場景下的粉塵濃度，降塵效果明顯優于傳統降塵方式。
（二）適應性強
該系統能夠根據煤礦井下不同作業區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，都能發揮出較好的降塵作用。
（三）設備可靠性高
系統采用了先進的設計和很好的材料，供氣、供水系統以及噴頭等關鍵部件在煤礦井下惡劣環境下具有較高的可靠性。同時，控制系統的智能化監測和報警功能，能夠及時發現和處理設備故障，保障系統的穩定運行。
（四）節能環保
與傳統的大量灑水降塵方式相比，“氣 - 水聯動”干霧系統耗水量大幅減少，一般可節約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能耗，具有良好的節能環保效益。
七、結論
干霧系統“氣 - 水聯動”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，改善了作業環境，提高了安全生產水平。
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