井底車場防塵噴霧設(shè)計(jì)

1、井底車場防塵噴霧設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的井底車場是地面新鮮空氣進(jìn)入采區(qū)的必經(jīng)之路，提高井底車場周圍防塵噴霧質(zhì)量可以有效地提高礦井空氣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)通風(fēng)，提高防塵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化。二、設(shè)計(jì)原則1、高壓噴霧防塵機(jī)理所謂噴霧降塵就是同體形態(tài)的煤塵與由噴嘴噴出的液體形態(tài)的霧粒凝結(jié)并在重力作用下沉降的過程。噴霧降塵機(jī)理分為2個(gè)部分：慣性碰撞捕塵機(jī)理和擴(kuò)散捕塵機(jī)理。1）慣性碰撞捕塵機(jī)理：粒徑大于0.51m 的較粗粉塵，主要是靠慣性碰撞捕集。塵粒因慣性作用與水滴碰撞并粘附與水滴表面或被水滴包圍、濕潤、凝聚成大顆粒，從而借助重力的作用下加速下沉，起到降塵的作用。實(shí)驗(yàn)資料表明，若能提高塵粒與水滴的相對(duì)速度并減小水滴的直徑，則

2、捕塵效果最好。圖1 慣性碰撞捕塵機(jī)理2）擴(kuò)散捕塵機(jī)理： 粒徑在0.3m以下的塵粒，由于質(zhì)量較小，擴(kuò)散就成為主要的捕集因素。在空氣分子的撞擊下，塵粒就像氣體分子一樣做復(fù)雜的布朗運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過程中，塵粒因和水滴接觸而被捕集。細(xì)微的粉塵，尤其是呼吸性粉塵 (5m)，需要相應(yīng)細(xì)微稠密的高速水霧粒子去碰撞攔截，使其增重或潤濕，促使它們相互凝聚變成大顆粒， 才能有效沉降下來。 要想獲得細(xì)微和高速運(yùn)動(dòng)的水霧粒子， 對(duì)于壓力型霧化噴嘴來說，主要取決于供水壓力 。2、以人為本，防塵噴霧主要布置在非主要行人巷道，防止水霧對(duì)人體造成不適感，人體最為適宜的相對(duì)濕度為50%-60%；3、減少成本投入，降本增效，減少高

3、壓油管投入，能使用鐵管的不使用高壓油管；防塵噴霧設(shè)置在拔哨附近，減少管路投入同時(shí)又便于安裝；4、高度要低于大巷照明，且不影響大型設(shè)備運(yùn)輸；5、防塵噴霧閥門要處于上風(fēng)側(cè)，高度距離巷道底板不高于1.8m。三、設(shè)計(jì)方案1、供水壓力與噴嘴直徑的選擇1）水霧粒度與供水壓力關(guān)系前蘇聯(lián)學(xué)者將十幾位研究人員對(duì)壓力型霧化噴嘴的試驗(yàn)結(jié)果用 基本相似準(zhǔn)則，歸納出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：式中 D50-霧滴粒徑小于D的霧滴質(zhì)量占總質(zhì)量50%時(shí)的霧滴粒徑，m: -特征尺寸，mm；Lp-拉普拉斯數(shù)；We-韋伯?dāng)?shù)（液滴穩(wěn)定性參數(shù)）。在一定條件下，水霧化出的實(shí)際粒徑是不盡相同的，它有一個(gè)分布范圍，不能單純的用平均值或中間值來代表，公認(rèn)比

4、較合理的數(shù)值是用D50來代表，即霧滴粒徑小于D的霧滴質(zhì)量占總質(zhì)量50%時(shí)的那個(gè)粒徑。計(jì)算公式為：式中 d0-噴嘴口徑，mm； Cq-噴嘴流量系數(shù)，與噴嘴結(jié)構(gòu)有關(guān)； -噴霧錐角，即擴(kuò)散角。 拉普拉斯數(shù)Lp計(jì)算如下：式中 -液體密度，水密度=1000kg/m3;-液體表面張力。水取=0.073N/m；-液體動(dòng)力粘度，20水取=110-3N/（m2s） 代入上式則： 韋伯?dāng)?shù)We計(jì)算如下：式中 v-水霧軸向噴射速度，m/s；式中 k為試驗(yàn)系數(shù)，k=1.4；p為供水壓力，MPa；將（4）和（5）式代入（1）式得：（1）當(dāng)采用半徑r0=0.5mm噴嘴時(shí)，噴霧擴(kuò)散角=60， 流量系數(shù)Cq=0.67（試驗(yàn)得出

5、），k=1.4，則：（2）當(dāng)采用半徑r0=0.6mm噴嘴時(shí)，噴霧擴(kuò)散角=60， 流量系數(shù)Cq=0.64（試驗(yàn)得出），k=1.35，則：圖2為水霧粒徑D50隨壓力變化的曲線圖。由圖中可以看到，較小口徑的噴嘴在相同壓力下霧滴粒徑也較小。 壓力在10MPa以下，霧滴粒徑隨壓力增大下降較快； 10MPa以上壓力，霧滴粒徑變化已經(jīng)很緩慢，靠繼續(xù)增大壓力來得到更小粒徑的霧滴已經(jīng)很困難。 1MPa以下水壓，霧滴粒徑是很大的，超過了250m，低壓降塵效率低與霧滴粒徑過大有密切的關(guān)系。圖2 水霧粒徑隨壓力變化曲線2）影響降塵效率因素分析當(dāng)采用1mm口徑的噴嘴時(shí)，降塵效率表達(dá)式為：（9）當(dāng)采用1.2mm口徑的噴嘴

6、時(shí)，降塵效率表達(dá)式為：（10） 以粉塵粒徑dp為橫坐標(biāo)，降塵效率為縱坐標(biāo)，繪制出不同壓力下的粉塵沉降效率曲線如下圖所示。圖中曲線從下到上依次代表的供水壓力分別為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10MPa。圖3 噴嘴半徑r0=0.5mm時(shí)不同壓力下降塵效率曲線圖4 噴嘴半徑r0=0.6mm時(shí)不同壓力下降塵效率曲線由圖3看到，水壓越大降塵效率越高，對(duì)于較大的粉塵顆粒（dp5m），各壓力下的降塵效率趨于平緩；1PMa水壓下的降塵效率最大是30%；3PMa水壓可以達(dá)到60%；6PMa為80%；而要達(dá)到90%的降塵效率需要的供水壓力為9PMa。圖中還能看到，粉塵顆粒的粒徑dp1m時(shí)，降塵效率急劇下降

7、，這是因?yàn)閲婌F降塵在這里僅考慮了起主要作用的慣性碰撞捕塵機(jī)理。對(duì)于粒徑dp1m的粉塵，主要是擴(kuò)散作用和加濕的塵粒相互凝聚形成大顆粒后被捕集。圖4和圖3對(duì)照比較看出，在相同壓力下，半徑0.6mm噴嘴比半徑0.5mm噴嘴降塵效率高出約10%，但這是以耗水量高出約50%為代價(jià)的。圖5為這兩種口徑單個(gè)噴嘴耗水量（L/min）與水壓力之間的關(guān)系曲線。圖5 單個(gè)噴嘴耗水量與壓力關(guān)系曲線3）噴霧系統(tǒng)參數(shù)匹配選擇根據(jù)實(shí)際情況，如果限定一道噴霧裝置耗水量是23L/min，5個(gè)噴嘴一組時(shí)單個(gè)噴嘴耗水量是4.5L/min，由圖5中可知：（1）采用1mm口徑噴嘴時(shí)，水壓力可以達(dá)到4MPa，降塵效率可以達(dá)到接近70%；

8、（2）采用1.2mm口徑噴嘴時(shí)，水壓力只能達(dá)到2MPa，降塵效率只能達(dá)到55%；（3）同樣的耗水量，降塵效果相差15%。如果想要達(dá)到80%的降塵效率：（1）采用1mm口徑噴嘴時(shí)，由圖3得知需要6MPa的噴霧水壓；（2）采用1.2mm口徑噴嘴時(shí)，由圖4得知需要4MPa的噴霧水壓；（3）由圖5可知，單個(gè)噴嘴耗水量分別為4.9L/min和5.2L/min，1.2mm口徑噴嘴雖然需要壓力低，但耗水量單個(gè)噴嘴就多出1.3L/min，多消耗26%的水資源。 本次設(shè)計(jì)選用1mm口徑噴嘴，采用閥門控制集控管路內(nèi)水量，通過減少噴嘴個(gè)數(shù)來提高噴霧水壓力，從而獲得較高的除塵效率：-590東大巷共計(jì)10組20個(gè)噴嘴，

9、若要達(dá)到70%除塵效率，根據(jù)圖3可知噴嘴水壓達(dá)到4MPa，單個(gè)噴嘴水量4.5L/min，2吋集控水管流量控制在不小于90L/min；-590西大巷共計(jì)11組22個(gè)噴嘴，若要達(dá)到70%除塵效率，根據(jù)圖3可知噴嘴水壓達(dá)到4MPa，單個(gè)噴嘴水量4.5L/min，3吋集控水管流量控制在不小于99L/min；井口東門共計(jì)8組40個(gè)噴嘴，若要達(dá)到70%除塵效率，根據(jù)圖3可知噴嘴水壓達(dá)到4MPa，單個(gè)噴嘴水量4.5L/min，2吋集控水管流量控制在不小于180L/min；井口西門共計(jì)4組20個(gè)噴嘴，若要達(dá)到70%除塵效率，根據(jù)圖3可知噴嘴水壓達(dá)到4MPa，單個(gè)噴嘴水量4.5L/min，2吋集控水管流量控制在

10、不小于90L/min；2、不同地點(diǎn)噴霧類型的選擇1）井口東西門井口東西門采用電磁閥集中控制、全斷面多組雙道噴霧。井口東西門為礦井進(jìn)風(fēng)的主要通道，非行人通道，主要是井口進(jìn)出車皮運(yùn)輸作業(yè)，噴霧采取全斷面覆蓋多組雙道的方式可以最大限度的提高除塵效果，采用電磁閥集中控制主要是為下一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化噴霧做好準(zhǔn)備。圖6 全斷面覆蓋噴霧加工設(shè)計(jì)圖2） -590東、西軌道巷-590東西大巷采用手動(dòng)閥門集中控制、巷中多組噴霧。-590東、西大巷為主要行人通道，產(chǎn)塵點(diǎn)主要為巷中軌道行車，巷中噴霧不影響行人通行，對(duì)主要產(chǎn)塵位置集中噴灑；手動(dòng)閥門集中控制便于管理，-590西大巷閥門設(shè)置在-590藥庫門口位置，利用藥庫管理

11、員定時(shí)開關(guān)；-590東大巷閥門設(shè)置在III1人行車上口。-590東西大巷集控噴霧控制區(qū)域：-590東大巷：III1人行上口至II81石門三岔門-590西大巷：老調(diào)度站至II82邊界石門-590東西大巷集控噴霧打開時(shí)間為：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圖7 巷中噴霧加工設(shè)計(jì)圖3）平一下口、-590翻罐籠東側(cè)平一下口和-590翻罐籠東側(cè)采用手動(dòng)閥門控制、風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧。風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧具有霧化效果好的優(yōu)點(diǎn)，適合用于主要行人巷道，但其缺點(diǎn)是成本高，購買成本以及后期維修成本都較高。4）斜一下口

12、、井底清理聯(lián)巷、定量轉(zhuǎn)載聯(lián)巷斜一下口、井底清理聯(lián)巷和定量轉(zhuǎn)載聯(lián)巷采用手動(dòng)閥門控制、全斷面覆蓋噴霧+水幕的形式，24小時(shí)常開。這三個(gè)地點(diǎn)行人少，排水設(shè)施齊全，采用全斷面覆蓋噴霧+水幕24小時(shí)常開，可以起到完全隔斷凈化風(fēng)流的作用。根據(jù)不同地點(diǎn)風(fēng)速不同，實(shí)測(cè)噴霧打開后水霧全斷面覆蓋巷道的距離，確定斜一下口噴霧與水幕的距離為水幕位于噴霧下風(fēng)側(cè)4m；井底清理聯(lián)巷水幕位于噴霧下風(fēng)側(cè)1m；定量轉(zhuǎn)載聯(lián)巷水幕位于噴霧下風(fēng)側(cè)1m。3、噴霧及控制開關(guān)位置布置1）井口東西門圖8 新副井下口東西門噴霧及控制開關(guān)位置布置圖（1）井口東西門采用電磁閥集中控制、全斷面多組雙道噴霧，電磁閥采用2吋電磁閥，東、西門各一個(gè)，控制開

13、關(guān)安裝在井口機(jī)電硐室內(nèi)，在全自動(dòng)噴霧形成之前由運(yùn)輸區(qū)負(fù)責(zé)開關(guān)；（2）東門共計(jì)4組8道噴霧，西門共計(jì)2組4道噴霧，每組間距20米，每組中兩道噴霧間距1米；（3）東門靠近井筒一道噴霧離道面高度不低于2.8米；（4）手控閥門用于控制噴霧水量，電磁閥用于控制噴霧開停。2）-590東、西大巷圖9 -590東大巷噴霧及控制開關(guān)位置布置圖圖10 -590西大巷噴霧及控制開關(guān)位置布置圖（1）-590東大巷集控區(qū)域從III1人行上口至II81采區(qū)石門，共計(jì)10組噴霧，每組間距40米；集控水管采用2吋鋼管，集控閥門設(shè)置在III1人行車上口三岔門位置（具體見上圖），共計(jì)兩個(gè)集控閥門，一個(gè)用于控制噴霧水量，一個(gè)用于控

14、制噴霧開停；泄壓閥位于II81石門三岔門處，泄壓水管直接接入排水管路。（2）-590西大巷集控區(qū)域從老調(diào)度站至II82邊界石門三岔門，共計(jì)11組噴霧，每組間距40米；集控水管采用3吋鋼管，集控閥門設(shè)置在-590炸藥庫東門三岔門位置（具體見上圖），共計(jì)兩個(gè)集控閥門，一個(gè)用于控制噴霧水量，一個(gè)用于控制噴霧開停；泄壓閥位于老調(diào)度站處，泄壓水管直接接入排水管路。3）斜一聯(lián)巷下口、-590翻罐籠東側(cè)圖11 平一聯(lián)巷下口噴霧及控制開關(guān)位置布置圖圖12 翻罐籠東側(cè)噴霧及控制開關(guān)位置布置圖（1）斜一聯(lián)巷下口和翻罐籠東側(cè)采用風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧，均采用一托四的方式，兩道噴霧間距2米，每一處共計(jì)4道； （2）水通過水質(zhì)過

15、濾裝置與噴霧連接，風(fēng)通過壓風(fēng)過濾裝置與噴霧連接。4）斜一聯(lián)巷下口、井底清理聯(lián)巷、定量轉(zhuǎn)載聯(lián)巷圖13 斜一下口聯(lián)巷噴霧及控制開關(guān)位置布置圖圖14 井底清理聯(lián)巷噴霧及控制開關(guān)位置布置圖圖15 定量轉(zhuǎn)載聯(lián)巷噴霧及控制開關(guān)位置布置圖（1）斜一下口、井底清理聯(lián)巷、定量轉(zhuǎn)載聯(lián)巷因行人少可以采用全斷面噴霧加水幕的辦法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)流隔斷除塵。根據(jù)風(fēng)速不同，噴霧與水幕的距離也不同，水幕要安置在水霧經(jīng)噴嘴噴出到全斷面覆蓋巷道的位置，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測(cè)，確定斜一下口噴霧與水幕的距離為水幕位于噴霧下風(fēng)側(cè)4m；井底清理聯(lián)巷水幕位于噴霧下風(fēng)側(cè)1m；定量轉(zhuǎn)載聯(lián)巷水幕位于噴霧下風(fēng)側(cè)1m。（2）上述三個(gè)地點(diǎn)現(xiàn)場排水設(shè)施齊全，噴霧24小時(shí)常開。4、井底車場噴霧檢修周期安排和屬地管理責(zé)任井底車場噴霧每三天進(jìn)行一次巡檢，用細(xì)針清理噴霧頭，防止噴頭堵塞，對(duì)于已堵塞且處理不好的噴頭及時(shí)進(jìn)行更換。巡檢要有記錄臺(tái)賬，臺(tái)賬明確記錄巡檢時(shí)間、地點(diǎn)、巡檢人、存在問題和已解決問題。防塵噴霧地點(diǎn)要懸掛巡檢牌板，牌板填寫巡檢時(shí)間、地點(diǎn)、巡檢人、存在