井底車場防塵噴霧設計

1、井底車場防塵噴霧設計一、設計目的井底車場是地面新鮮空氣進入采區(qū)的必經之路，提高井底車場周圍防塵噴霧質量可以有效地提高礦井空氣質量，實現優(yōu)質通風，提高防塵質量標準化。二、設計原則1、高壓噴霧防塵機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)的霧粒凝結并在重力作用下沉降的過程。噴霧降塵機理分為2個部分：慣性碰撞捕塵機理和擴散捕塵機理。1）慣性碰撞捕塵機理：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。實驗資料表明，若能提高塵粒與水滴的相對速度并減小水滴的直徑，則

2、捕塵效果最好。圖1 慣性碰撞捕塵機理2）擴散捕塵機理： 粒徑在0.3m以下的塵粒，由于質量較小，擴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雜的布朗運動，在運動的過程中，塵粒因和水滴接觸而被捕集。細微的粉塵，尤其是呼吸性粉塵 (5m)，需要相應細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。 要想獲得細微和高速運動的水霧粒子， 對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，防止水霧對人體造成不適感，人體最為適宜的相對濕度為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；防塵噴霧設置在拔哨附近，減少管路投入同時又便于安裝；4、高度要低于大巷照明，且不影響大型設備運輸；5、防塵噴霧閥門要處于上風側，高度距離巷道底板不高于1.8m。三、設計方案1、供水壓力與噴嘴直徑的選擇1）水霧粒度與供水壓力關系前蘇聯學者將十幾位研究人員對壓力型霧化噴嘴的試驗結果用 基本相似準則，歸納出一個經驗公式：式中 D50-霧滴粒徑小于D的霧滴質量占總質量50%時的霧滴粒徑，m: -特征尺寸，mm；Lp-拉普拉斯數；We-韋伯數（液滴穩(wěn)定性參數）。在一定條件下，水霧化出的實際粒徑是不盡相同的，它有一個分布范圍，不能單純的用平均值或中間值來代表，公認比

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

5、），k=1.4，則：（2）當采用半徑r0=0.6mm噴嘴時，噴霧擴散角=60， 流量系數Cq=0.64（試驗得出），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，霧滴粒徑變化已經很緩慢，靠繼續(xù)增大壓力來得到更小粒徑的霧滴已經很困難。 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采用1mm口徑的噴嘴時，降塵效率表達式為：（9）當采用1.2mm口徑的噴嘴

6、時，降塵效率表達式為：（10） 以粉塵粒徑dp為橫坐標，降塵效率為縱坐標，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時不同壓力下降塵效率曲線圖4 噴嘴半徑r0=0.6mm時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水壓可以達到60%；6PMa為80%；而要達到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，降塵效率急劇下降

7、，這是因為噴霧降塵在這里僅考慮了起主要作用的慣性碰撞捕塵機理。對于粒徑dp1m的粉塵，主要是擴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%為代價的。圖5為這兩種口徑單個噴嘴耗水量（L/min）與水壓力之間的關系曲線。圖5 單個噴嘴耗水量與壓力關系曲線3）噴霧系統參數匹配選擇根據實際情況，如果限定一道噴霧裝置耗水量是23L/min，5個噴嘴一組時單個噴嘴耗水量是4.5L/min，由圖5中可知：（1）采用1mm口徑噴嘴時，水壓力可以達到4MPa，降塵效率可以達到接近70%；

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

9、若要達到70%除塵效率，根據圖3可知噴嘴水壓達到4MPa，單個噴嘴水量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11組22個噴嘴，若要達到70%除塵效率，根據圖3可知噴嘴水壓達到4MPa，單個噴嘴水量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8組40個噴嘴，若要達到70%除塵效率，根據圖3可知噴嘴水壓達到4MPa，單個噴嘴水量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4組20個噴嘴，若要達到70%除塵效率，根據圖3可知噴嘴水壓達到4MPa，單個噴嘴水量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風的主要通道，非行人通道，主要是井口進出車皮運輸作業(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現自動化噴霧做好準備。圖6 全斷面覆蓋噴霧加工設計圖2） -590東、西軌道巷-590東西大巷采用手動閥門集中控制、巷中多組噴霧。-590東、西大巷為主要行人通道，產塵點主要為巷中軌道行車，巷中噴霧不影響行人通行，對主要產塵位置集中噴灑；手動閥門集中控制便于管理，-590西大巷閥門設置在-590藥庫門口位置，利用藥庫管理

11、員定時開關；-590東大巷閥門設置在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：老調度站至II82邊界石門-590東西大巷集控噴霧打開時間為：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 巷中噴霧加工設計圖3）平一下口、-590翻罐籠東側平一下口和-590翻罐籠東側采用手動閥門控制、風水聯動噴霧。風水聯動噴霧具有霧化效果好的優(yōu)點，適合用于主要行人巷道，但其缺點是成本高，購買成本以及后期維修成本都較高。4）斜一下口

12、、井底清理聯巷、定量轉載聯巷斜一下口、井底清理聯巷和定量轉載聯巷采用手動閥門控制、全斷面覆蓋噴霧+水幕的形式，24小時常開。這三個地點行人少，排水設施齊全，采用全斷面覆蓋噴霧+水幕24小時常開，可以起到完全隔斷凈化風流的作用。根據不同地點風速不同，實測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側4m；井底清理聯巷水幕位于噴霧下風側1m；定量轉載聯巷水幕位于噴霧下風側1m。3、噴霧及控制開關位置布置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，控制開

13、關安裝在井口機電硐室內，在全自動噴霧形成之前由運輸區(qū)負責開關；（2）東門共計4組8道噴霧，西門共計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位置布置圖圖10 -590西大巷噴霧及控制開關位置布置圖（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，集控閥門設置在III1人行車上口三岔門位置（具體見上圖），共計兩個集控閥門，一個用于控制噴霧水量，一個用于控

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)域從老調度站至II82邊界石門三岔門，共計11組噴霧，每組間距40米；集控水管采用3吋鋼管，集控閥門設置在-590炸藥庫東門三岔門位置（具體見上圖），共計兩個集控閥門，一個用于控制噴霧水量，一個用于控制噴霧開停；泄壓閥位于老調度站處，泄壓水管直接接入排水管路。3）斜一聯巷下口、-590翻罐籠東側圖11 平一聯巷下口噴霧及控制開關位置布置圖圖12 翻罐籠東側噴霧及控制開關位置布置圖（1）斜一聯巷下口和翻罐籠東側采用風水聯動噴霧，均采用一托四的方式，兩道噴霧間距2米，每一處共計4道； （2）水通過水質過

15、濾裝置與噴霧連接，風通過壓風過濾裝置與噴霧連接。4）斜一聯巷下口、井底清理聯巷、定量轉載聯巷圖13 斜一下口聯巷噴霧及控制開關位置布置圖圖14 井底清理聯巷噴霧及控制開關位置布置圖圖15 定量轉載聯巷噴霧及控制開關位置布置圖（1）斜一下口、井底清理聯巷、定量轉載聯巷因行人少可以采用全斷面噴霧加水幕的辦法，實現風流隔斷除塵。根據風速不同，噴霧與水幕的距離也不同，水幕要安置在水霧經噴嘴噴出到全斷面覆蓋巷道的位置，根據現場實測，確定斜一下口噴霧與水幕的距離為水幕位于噴霧下風側4m；井底清理聯巷水幕位于噴霧下風側1m；定量轉載聯巷水幕位于噴霧下風側1m。（2）上述三個地點現場排水設施齊全，噴霧24小時常開。4、井底車場噴霧檢修周期安排和屬地管理責任井底車場噴霧每三天進行一次巡檢，用細針清理噴霧頭，防止噴頭堵塞，對于已堵塞且處理不好的噴頭及時進行更換。巡檢要有記錄臺賬，臺賬明確記錄巡檢時間、地點、巡檢人、存在問題和已解決問題。防塵噴霧地點要懸掛巡檢牌板，牌板填寫巡檢時間、地點、巡檢人、存在