气水喷雾降尘效果研究现状综述

林心怡　王锐　谭聪

摘 要：近年来，气水喷雾作为一种新型的喷雾降尘方式，因其具有经济成本低、耗水量少、降尘效率高等优点被广泛应用于煤矿井下的粉尘防治，许多学者对煤矿井下气水喷雾降尘效果进行了广泛研究。文章从气水喷雾降尘效果与气水喷嘴本身结构、工况参数和粉尘粒径3个方面的关系，对国内气水喷雾降尘效果的研究现状进行阐述，为今后使用气水喷雾降尘技术达到更好的降尘效果和经济效益提供一定的参考。

关键词：气水喷雾;煤矿;降尘;效果

1    气水喷雾降尘技术

在煤矿生产过程当中，井下工作面产生的粉尘一直是阻碍安全生产进程、影响产出能效的重要因素，粉尘的存在使工作进度难以显著加快。我国大部分地区仍在使用相对传统的高压喷雾降尘设施降尘，这种降尘方法因其水压高、需水量大、水雾颗粒大等局限性，使得井下工作面的降尘效果无法达到令人满意的程度。近几年，气水喷雾作为一种新型的喷雾方式，因其具有耗水量少、降尘效率高等优点被广泛应用于煤矿井下工作面的粉尘防治，许多学者对煤矿井下气水喷雾降尘效果进行了广泛研究。文章从气水喷雾降尘效果与气水喷嘴本身结构、工况参数和粉尘粒径3个方面的关系，综述了国内气水喷雾降尘效果研究现状，为今后气水喷雾降尘技术更好地应用提供一定的参考。

2    气水喷嘴降尘机理

对于粒径为1～5 μm的粉尘颗粒，其主要除尘机理是利用惯性碰撞、接触阻留，现有研究表明控制雾滴粒径大小可以较大程度地影响除尘效率。目前，已有很多国内外学者对气水喷雾的降尘效果进行研究，研究工作主要集中于气水喷嘴本身结构、工况参数和粉尘粒径与气水喷雾降尘效率的关系，本文将从这3个方面介绍当前气水喷雾降尘效果研究现状。

3    气水喷嘴本身结构与降尘效率的关系

汲银凤等[1]在实验室，对出口孔径均为2 mm的3种类型的喷嘴进行喷雾实验，分析各类型喷嘴的雾滴粒径与气液比的关系。研究结果表明：在最佳工况条件下，干雾喷嘴、扇形喷嘴、锥形喷嘴的气液比分别为960，1 200，1 680。此外，相关研究人员进一步对3种类型喷嘴的雾滴平均粒径大小和分布情况进行比较，结果表明：干雾喷嘴雾滴粒径最小，降尘效果最好，特别适合用水受限的井下环境。但是，该实验的研究结果仅适用于2 mm口径下喷嘴类型，缺少不同喷嘴雾化角和口径与降尘效果的关系，还缺少煤矿现场实验的验证，无法证明该研究结果对煤矿井下现场的适用性。

张波等[2]考虑到不同口径和雾化角对气水喷嘴除尘效果的影响，在汲银凤等工作的基础上，进行了优化实验。实验结果分析得出1.5 mm口径的可调广角喷嘴在气雾的雾化角为47.5°时最佳除尘距离为270 cm。同时，张波等还在紫金山铜矿进行了现场实验，实验结果表明该型号喷嘴在煤矿井下的降尘效率在90%以上，进一步验证了研究结果的现场适应性。

4    工况参数与气水喷嘴降尘效果的关系

4.1  气体流量及水流量与气水喷嘴降尘效果的关系

王鹏飞等[3]的研究表明：当供水压力固定时，供气流量与分级效率成正比。对于给定的供气流量，存在一个与之对应的最佳供水流量。蒋仲安等[4]发现要使气水喷嘴的降尘效率达到80%，气体流量必须大于150×10-5 m3/s，且最佳的气水流量比范围为100～150。同时，他们在同忻矿5207综掘工作面进行了现场模拟验证，发现气体流量为150×10-5 m3/s和200×10-5 m3/s时，气水喷雾装置在水流量为1.5×10-5 m3/s的情况下，降尘效率达到最大，分别接近80%和85%，很好地验证了该数据具有一定的适用性。

4.2  供气压力和供水压力与气水喷嘴降尘效果的关系

王鹏飞等[4]通过实验的方法研究了空气雾化喷嘴的流量特性。根据实验结果不难看出：对于内混式空气雾化喷嘴，当供气压力保持定值时，随着供水压力的不斷升高，雾滴的粒径呈先增大后减小的趋势;当供水压力保持在一个合理的定值时，提高供气压力，能在一定程度上起到增大气液质量比的作用，可将液滴进一步破碎，从而形成更小的颗粒，达到提高降尘效率的效果。袁辉等[5]的研究确定了使气水达到最佳雾化性能的气液比，并指出该数值为1.2～1.5。

5    粉尘粒径参数与气水喷雾降尘效率的关系

蒋仲安等[6]通过实验的方法讨论了不同粒径的粉尘颗粒对除尘效率的影响趋势。根据结果不难看出，随着粉尘粒径逐渐增大，喷雾雾滴有效作用距离也随之越来越长，因而粉尘就越容易被沉降;王鹏飞设计了仿真井下除尘装置，通过模拟实验分析了粉尘中位径对降尘效率的影响。他指出，随着粉尘中位径的增加，在其他条件恒定的情况下，全尘与呼吸性粉尘的降尘效率都呈提高趋势，且全尘降尘效率均高于呼吸性粉尘降尘效率，二者差距随着粉尘中位径的增加而增加。周刚[7]考虑到将粉尘粒度及不同粒径粉尘颗粒的频率分布与累计分布的变化情况作为考核喷嘴雾化降尘效果的重要依据。

6    结语

喷雾降尘技术是煤矿井下粉尘治理的重要技术手段，现有研究表明，结合实际煤矿井下工作面的粉尘粒径大小，合理地选择气水喷嘴类型、工况参数能够有效提高降尘效率，进一步提高气水喷雾降尘技术的降尘效果和经济效益。此外，综合粉尘浓度与粉尘粒度及不同粒级的频率分布与累计分布的变化情况，能够更加全面地检验雾化降尘效果。

[参考文献]

[1]汲银凤，陈举师，张波，等.气水喷嘴雾化特性实验研究[J].中国安全生产科学技术，2017（12）：27-32.

[2]张波，蒋仲安，段志博，等.气水喷雾除尘效果实验研究[J].金属矿山，2019（8）：173-178.

[3]王鹏飞，刘荣华，桂哲，等.煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率理论研究[J].煤炭学报，2016（9）：2256-2262.

[4]王鹏飞，刘荣华，王海桥，等.煤矿井下气水喷雾雾化特性实验研究[J].煤炭学报，2017（5）：1213-1220.

[5]袁辉，徐锐，陈本良，等.气水两相流喷嘴喷射条件对雾化降尘影响的实验研究[J]煤炭工程，2018（12）：127-132.

[6]蒋仲安，王明，陈举师，等.气水喷嘴雾化特征与降尘效果分析[J].哈尔滨工业大学学报，2017（2）：151-157.

[7]周刚，聂文，程卫民，等.煤矿综放工作面高压雾化降尘对粉尘颗粒微观参数影响规律分析[J].煤炭学报，2014（10）：2053-2059.