一种防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统

摘要

本发明公开了一种防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统，包括空气幕生成系统、细水雾降尘系统、液氮雾化系统和粉尘引流系统，在掘进工作面迎头和掘进司机室之间设置两道空气幕，将粉尘控制在掘进工作空间内，防止粉尘向整个巷道扩散；采用细水雾与粉尘结合进行降尘，同时在液氮雾滴的低温作用下，带粉尘水雾快速凝结，加快其下降速度，并且通过二次沉降有效提升了降尘效率与降尘效果；通过粉尘引流系统，既能加快粉尘向下的移动速度，保证液氮雾和细水雾联动下的快速降尘，又能除去残余的粉尘，并且离心扇能将掘进工作空间内的空气不断抽出，也能降低掘进工作空间内的瓦斯浓度；防止切割煤岩产生火花引发瓦斯煤尘爆炸事故。

权利要求

1.一种防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统，其特征在于，包括空气幕生成系统、细水雾降尘系统、液氮雾化系统和粉尘引流系统，且各个系统均设置在巷道内；

所述空气幕生成系统包括底板空气幕发生器、第一进风管、顶板空气幕发生器、第二进风管、压风管和第三三通阀，所述压风管一端与第三三通阀其中一个端口连接；第三三通阀另外两个端口分别与第一进风管一端和第二进风管一端连接，第一进风管另一端与底板空气幕发生器连接，第二进风管另一端与顶板空气幕发生器连接；所述顶板空气幕发生器固定在巷道顶板、且朝向底板喷气产生第一空气幕，底板空气幕发生器固定在巷道底板、且朝向顶板喷气产生第二空气幕；所述第一空气幕和第二空气幕相互平行；第一空气幕和第二空气幕之间形成防尘缓冲区，且第一空气幕和第二空气幕将巷道分隔成掘进工作空间和人员操作空间；掘进面迎头处于掘进工作空间内；

所述细水雾降尘系统包括第一细水雾管、第二细水雾管、第二三通阀、第三细水雾管、细水雾发生器和磁化水注入管，第二三通阀、第三细水雾管、细水雾发生器和磁化水注入管均处于人员操作空间内；所述磁化水注入管一端与细水雾发生器的进口连接，细水雾发生器的出口通过第三细水雾管与第二三通阀其中一个端口连接，第二三通阀另外两个端口分别与第一细水雾管一端和第二细水雾管一端连接，第一细水雾管另一端装有细水雾向下喷头、且其穿过第一空气幕和第二空气幕伸入掘进工作空间内，第二细水雾管另一端装有细水雾直喷头、且其穿过第一空气幕和第二空气幕伸入掘进工作空间内；细水雾直喷头高于细水雾向下喷头，通过细水雾直喷头和细水雾向下喷头向掘进工作空间内喷洒细水雾；

所述液氮雾化系统包括第一液氮管、第二液氮管、第三液氮管、第四液氮管、第一三通阀、液氮雾发生器和液氮罐，第二液氮管、第三液氮管、第一三通阀、液氮雾发生器和液氮罐均处于人员操作空间内；液氮罐的出口通过第三液氮管与液氮雾发生器的进口连接，液氮雾发生器的出口通过第二液氮管与第一三通阀其中一个端口连接，第一三通阀另外两个端口分别与第一液氮管一端和第四液氮管一端连接，第一液氮管另一端装有液氮雾向下喷头、且其穿过第一空气幕和第二空气幕伸入掘进工作空间内，第四液氮管另一端装有液氮雾直喷头、且其穿过第一空气幕和第二空气幕伸入掘进工作空间内；液氮雾直喷头处于细水雾直喷头和细水雾向下喷头之间，液氮雾向下喷头处于细水雾向下喷头的下方，通过液氮雾直喷头和液氮雾向下喷头向掘进工作空间内喷洒液氮雾；

所述粉尘引流系统包括耐负压管和离心扇，离心扇处于人员操作空间内，耐负压管一端与离心扇的吸风口连接，耐负压管另一端装有阻尘滤网、且其穿过第一空气幕和第二空气幕伸入掘进工作空间内，阻尘滤网处于液氮雾向下喷头的下方；

所述第二液氮管上装有第一液氮控制阀，第三液氮管上装有第二液氮控制阀，第三细水雾管上装有第一控制阀，磁化水注入管上装有第二控制阀，压风管上装有第三控制阀。

2.根据权利要求1所述的防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统，其特征在于，所述细水雾直喷头距离巷道顶板0.3～0.6m，且距离掘进面迎头0.8～1.3m；细水雾向下喷头距离巷道底板0.9～1.1m，且距离掘进面迎头2.5～2.7m。

3.根据权利要求1所述的防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统，其特征在于，所述液氮雾直喷头距离巷道顶板0.7～0.9m，且距离掘进面迎头1.5～2.0m；液氮雾向下喷头距离巷道底板0.6～0.8m，且距离掘进面迎头2.8～3.1mm。

4.根据权利要求1所述的防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统，其特征在3

于，所述细水雾发生器产生的细水雾流量为11～13m/min，细水雾直径小于70μm；液氮雾发生器产生的液氮雾流量为20～30L/min，液氮雾直径小于250μm。

5.根据权利要求1所述的防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统，其特征在于，所述离心扇能提供不小于500KPa的负压。

6.根据权利要求1所述的防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统，其特征在于，所述第一空气幕距离掘进面迎头3.8～4.0m，第二空气幕距离掘进面迎头4.1～4.3m。

说明书

一种防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于粉尘防治的细水雾与液氮雾系统，具体是一种防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统。

背景技术

[0002] 巷道掘进工作面是煤矿井下的最主要产尘点之一，作业过程中粉尘产生量大，大量粉尘悬浮于空气中，不仅使得工作面能见度降低，对巷道正常掘进造成较大影响，而且对
作业人员的身体健康构成严重危害，据统计，85%以上的煤矿尘肺病患者的作业地点在岩巷
掘进工作面。为了防治煤矿井下巷道掘进工作面粉尘危害，目前普遍采用掘进机内外喷雾、
煤层注水、除尘风机等装置，但由于这些装置自身的局限性导致防降尘效果还不理想。如，
煤层注水系统及工艺复杂，耗水量大，需施工大量注水钻孔，工程量大，成本较高；内外喷雾
的喷嘴极易堵塞，降尘效率较低，降尘用水的利用率低；另外除尘风机的有效吸程较短，吸
尘率较低，并且其过于庞大笨重，移动很不方便，且存在电气安全隐患。除此之外，目前还有
空气幕与除尘风机联合使用的降尘方法，即通过空气幕将掘进工作面产生的粉尘控制在一
定的范围内，再使用除尘风机对封闭区的粉尘进行吸尘处理；该方法为一种干式降尘方法，
除有以上所述除尘风机本身的缺陷外，封闭区域内的粉尘、瓦斯浓度相对较高，切割煤岩时
一旦产生火花容易诱发煤尘、瓦斯爆炸等恶性事故。

发明内容

[0003] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统，能将掘进迎头产生的粉尘控制在一个较小的空间内，从而保证人员工作
环境的空气质量；另外通过液氮雾、细水雾和瓦斯引流相互配合对粉尘进行降尘及瓦斯引
流的处理，从而降低控制空间内粉尘浓度及瓦斯浓度，最终防止掘进迎头产生火花时导致
煤尘爆炸或瓦斯爆炸的情况发生。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种防治巷道掘进面粉尘的细水雾与液氮雾联动系统，包括空气幕生成系统、细水雾降尘系统、液氮雾化系统和粉尘引流系
统，且各个系统均设置在巷道内；

[0005] 所述空气幕生成系统包括底板空气幕发生器、第一进风管、顶板空气幕发生器、第二进风管、压风管和第三三通阀，所述压风管一端与第三三通阀其中一个端口连接；第三三
通阀另外两个端口分别与第一进风管一端和第二进风管一端连接，第一进风管另一端与底
板空气幕发生器连接，第二进风管另一端与顶板空气幕发生器连接；所述顶板空气幕发生
器固定在巷道顶板、且朝向底板喷气产生第一空气幕，底板空气幕发生器固定在巷道底板、
且朝向顶板喷气产生第二空气幕；所述第一空气幕和第二空气幕相互平行；第一空气幕和
第二空气幕之间形成防尘缓冲区，且第一空气幕和第二空气幕将巷道分隔成掘进工作空间
和人员操作空间；掘进面迎头处于掘进工作空间内；

[0006] 所述细水雾降尘系统包括第一细水雾管、第二细水雾管、第二三通阀、第三细水雾管、细水雾发生器和磁化水注入管，第二三通阀、第三细水雾管、细水雾发生器和磁化水注
入管均处于人员操作空间内；所述磁化水注入管一端与细水雾发生器的进口连接，细水雾
发生器的出口通过第三细水雾管与第二三通阀其中一个端口连接，第二三通阀另外两个端
口分别与第一细水雾管一端和第二细水雾管一端连接，第一细水雾管另一端装有细水雾向
下喷头、且其穿过第一空气幕和第二空气幕伸入掘进工作空间内，第二细水雾管另一端装
有细水雾直喷头、且其穿过第一空气幕和第二空气幕伸入掘进工作空间内；细水雾直喷头
高于细水雾向下喷头，通过细水雾直喷头和细水雾向下喷头向掘进工作空间内喷洒细水
雾；

[0007] 所述液氮雾化系统包括第一液氮管、第二液氮管、第三液氮管、第四液氮管、第一三通阀、液氮雾发生器和液氮罐，第二液氮管、第三液氮管、第一三通阀、液氮雾发生器和液
氮罐均处于人员操作空间内；液氮罐的出口通过第三液氮管与液氮雾发生器的进口连接，
液氮雾发生器的出口通过第二液氮管与第一三通阀其中一个端口连接，第一三通阀另外两
个端口分别与第一液氮管一端和第四液氮管一端连接，第一液氮管另一端装有液氮雾向下
喷头、且其穿过第一空气幕和第二空气幕伸入掘进工作空间内，第四液氮管另一端装有液
氮雾直喷头、且其穿过第一空气幕和第二空气幕伸入掘进工作空间内；液氮雾直喷头处于
细水雾直喷头和细水雾向下喷头之间，液氮雾向下喷头处于细水雾向下喷头的下方，通过
液氮雾直喷头和液氮雾向下喷头向掘进工作空间内喷洒液氮雾；

[0008] 所述粉尘引流系统包括耐负压管和离心扇，离心扇处于人员操作空间内，耐负压管一端与离心扇的吸风口连接，耐负压管另一端装有阻尘滤网、且其穿过第一空气幕和第
二空气幕伸入掘进工作空间内，阻尘滤网处于液氮雾向下喷头的下方；

[0009] 所述第二液氮管上装有第一液氮控制阀，第三液氮管上装有第二液氮控制阀，第三细水雾管上装有第一控制阀，磁化水注入管上装有第二控制阀，压风管上装有第三控制
阀。

[0010] 进一步，所述细水雾直喷头距离巷道顶板0.3～0.6m，且距离掘进面迎头0.8～1.3m；细水雾向下喷头距离巷道底板0.9～1.1m，且距离掘进面迎头2.5～2.7m。采用这种参
数能使得细水雾直喷头和细水雾向下喷头对粉尘的降尘效果更好。

[0011] 进一步，所述液氮雾直喷头距离巷道顶板0.7～0.9m，且距离掘进面迎头1.5～2.0m；液氮雾向下喷头距离巷道底板0.6～0.8m，且距离掘进面迎头2.8～3.1mm。采用这种
参数能使得液氮雾直喷头和液氮雾向下喷头对粉尘的降尘效果更好。

[0012] 进一步，所述细水雾发生器产生的细水雾流量为11～13m3/min，细水雾直径小于70μm；液氮雾发生器产生的液氮雾流量为20～30L/min，液氮雾直径小于250μm。采用这种参
数能保证对粉尘的降尘效果。

[0013] 进一步，所述离心扇能提供不小于500KPa的负压。这种参数能保证粉尘引流系统的引流作用，保证掘进工作空间内的降尘效果。

[0014] 进一步，所述第一空气幕距离掘进面迎头3.8～4.0m，第二空气幕距离掘进面迎头4.1～4.3m。

[0015] 与现有技术相比，本发明采用空气幕生成系统、细水雾降尘系统、液氮雾化系统和粉尘引流系统相结合方式，采用磁化水制备细水雾使得降尘用水的表面张力大幅度降低，
增强了水的雾化效果，提高了雾滴与煤尘的接触面积，提升了降尘效果。同时在液氮雾滴的
低温作用下，带水粉尘快速凝结，加快其下降速度，并且通过二次沉降有效提升了降尘效率
与降尘效果。在掘进工作面迎头和掘进司机室之间设置两道空气幕，形成具有防尘缓冲区
的双保险封闭作用，将掘进工作面迎头产生的粉尘控制在掘进工作空间内，防止粉尘向整
个巷道扩散；在巷道下部设置的粉尘引流系统，即能加快粉尘向下的移动速度，保证液氮雾
和细水雾联动下的快速降尘，又能除去残余的粉尘。并且离心扇能将掘进工作空间内的空
气不断抽出，也能降低掘进工作空间内的瓦斯浓度；此外，细水雾和液氮雾能对巷道围岩或
煤体进行湿润及降温，以防止切割煤岩产生火花引发瓦斯煤尘爆炸事故。因此本发明将磁
化水细水雾降尘、液氮雾冻结带粉尘水雾和引流降尘相互配合，使其除尘效果好，除尘效率
高，具有广泛的实用性。

附图说明

[0016] 图1是本发明装配后的结构示意图。

[0017] 图中：1、巷道；2、底板空气幕发生器；3、第一进风管；4、阻尘滤网；5、耐负压管；6、离心扇；7、第一液氮管；8、液氮雾向下喷头；9、细水雾向下喷头；10、第一细水雾管；11、第一
三通阀；12、第二液氮管；13、第一液氮控制阀；14、液氮雾发生器；15、第三液氮管；16、第二
液氮控制阀；17、液氮罐；18、第四液氮管；19、液氮雾直喷头；20、细水雾直喷头；21、第二细
水雾管；22、第二三通阀；23、第三细水雾管；24、第一控制阀；25、细水雾发生器；26、第二控
制阀；27、磁化水注入管；28、第三三通阀；29、压风管；30、第三控制阀；31、第二进风管；32、
顶板空气幕发生器；33、第一空气幕；34、第二空气幕。

具体实施方式

[0018] 下面将对本发明作进一步说明。

[0019] 如图1所示，本发明包括空气幕生成系统、细水雾降尘系统、液氮雾化系统和粉尘引流系统，且各个系统均设置在巷道1内；

[0020] 所述空气幕生成系统包括底板空气幕发生器2、第一进风管3、顶板空气幕发生器32、第二进风管31、压风管29和第三三通阀，所述压风管一端与第三三通阀其中一个端口连
接；第三三通阀另外两个端口分别与第一进风管3一端和第二进风管31一端连接，第一进风
管3另一端与底板空气幕发生器2连接，第二进风管31另一端与顶板空气幕发生器32连接；
所述顶板空气幕发生器32固定在巷道1顶板、且朝向底板喷气产生第一空气幕33，底板空气
幕发生器2固定在巷道1底板、且朝向顶板喷气产生第二空气幕34；所述第一空气幕33和第
二空气幕34相互平行；第一空气幕33和第二空气幕34之间形成防尘缓冲区，且第一空气幕
33和第二空气幕34将巷道1分隔成掘进工作空间和人员操作空间；掘进面迎头处于掘进工
作空间内；

[0021] 所述细水雾降尘系统包括第一细水雾管10、第二细水雾管21、第二三通阀22、第三细水雾管23、细水雾发生器25和磁化水注入管27，第二三通阀22、第三细水雾管23、细水雾
发生器25和磁化水注入管27均处于人员操作空间内；所述磁化水注入管27一端与细水雾发
生器25的进口连接，细水雾发生器25的出口通过第三细水雾管23与第二三通阀22其中一个
端口连接，第二三通阀22另外两个端口分别与第一细水雾管10一端和第二细水雾管21一端
连接，第一细水雾管10另一端装有细水雾向下喷头9、且其穿过第一空气幕33和第二空气幕
34伸入掘进工作空间内，第二细水雾管21另一端装有细水雾直喷头20、且其穿过第一空气
幕33和第二空气幕34伸入掘进工作空间内；细水雾直喷头20高于细水雾向下喷头9，通过细
水雾直喷头20和细水雾向下喷头9向掘进工作空间内喷洒细水雾；

[0022] 所述液氮雾化系统包括第一液氮管7、第二液氮管12、第三液氮管15、第四液氮管18、第一三通阀11、液氮雾发生器14和液氮罐17，第二液氮管12、第三液氮管15、第一三通阀
11、液氮雾发生器14和液氮罐17均处于人员操作空间内；液氮罐17的出口通过第三液氮管
15与液氮雾发生器14的进口连接，液氮雾发生器14的出口通过第二液氮管15与第一三通阀
11其中一个端口连接，第一三通阀11另外两个端口分别与第一液氮管15一端和第四液氮管
18一端连接，第一液氮管7另一端装有液氮雾向下喷头8、且其穿过第一空气幕33和第二空
气幕34伸入掘进工作空间内，第四液氮管18另一端装有液氮雾直喷头19、且其穿过第一空
气幕33和第二空气幕34伸入掘进工作空间内；液氮雾直喷头19处于细水雾直喷头20和细水
雾向下喷头9之间，液氮雾向下喷头8处于细水雾向下喷头9的下方，通过液氮雾直喷头19和
液氮雾向下喷头8向掘进工作空间内喷洒液氮雾；

[0023] 所述粉尘引流系统包括耐负压管5和离心扇6，离心扇6处于人员操作空间内，耐负压管5一端与离心扇6的吸风口连接，耐负压管6另一端装有阻尘滤网4、且其穿过第一空气
幕33和第二空气幕34伸入掘进工作空间内，阻尘滤网4处于液氮雾向下喷头8的下方；

[0024] 所述第二液氮管12上装有第一液氮控制阀13，第三液氮管15上装有第二液氮控制阀16，第三细水雾管23上装有第一控制阀24，磁化水注入管27上装有第二控制阀26，压风管
29上装有第三控制阀30。

[0025] 上述细水雾发生器25、液氮雾发生器14、底板空气幕发生器2和顶板空气幕发生器32均为现有设备。

[0026] 进一步，所述细水雾直喷头20距离巷道顶板0.3～0.6m，且距离掘进面迎头0.8～1.3m；细水雾向下喷头9距离巷道底板0.9～1.1m，且距离掘进面迎头2.5～2.7m。采用这种
参数能使得细水雾直喷头20和细水雾向下喷头9对粉尘的降尘效果更好。

[0027] 进一步，所述液氮雾直喷头19距离巷道顶板0.7～0.9m，且距离掘进面迎头1.5～2.0m；液氮雾向下喷头8距离巷道底板0.6～0.8m，且距离掘进面迎头2.8～3.1mm。采用这种
参数能使得液氮雾直喷头19和液氮雾向下喷头8对粉尘的降尘效果更好。

[0028] 进一步，所述细水雾发生器25产生的细水雾流量为11～13m3/min，细水雾直径小于70μm；液氮雾发生器14产生的液氮雾流量为20～30L/min，液氮雾直径小于250μm。采用这
种参数能保证对粉尘的降尘效果。

[0029] 进一步，所述离心扇6能提供不小于500KPa的负压。这种参数能保证粉尘引流系统的引流作用，保证掘进工作空间内的降尘效果。

[0030] 进一步，所述第一空气幕33距离掘进面迎头3.8～4.0m，第二空气幕34距离掘进面迎头4.1～4.3m。

[0031] 工作过程：将压风管29另一端连接巷道的压风系统；将磁化水注入管27另一端连接巷道的磁化水输送系统；在掘进机开始前，先打开第三控制阀30，此时压风系统向压风管
27内输送高压气流，从而启动顶板空气幕发生器32和底板空气幕发生器2分别产生第一空
气幕33和第二空气幕34，第一空气幕33和第二空气幕34之间形成防尘缓冲区，将掘进工作
面迎头产生的粉尘控制在掘进工作空间内；

[0032] 进行掘进时，打开第二控制阀26，通过磁化水注入管27向细水雾发生器25内注入磁化水，打开第一控制阀24并启动细水雾发生器25，此时细水雾发生器25将磁化水转化成
细水雾，然后细水雾通过第三细水雾管23和第二三通阀22分流给第一细水雾管10和第二细
水雾管21，并经细水雾直喷头20和细水雾向下喷头9向掘进工作空间内喷出细水雾；同时启
动液氮雾发生器14，液氮雾发生器14将液氮转化成液氮雾，按顺序依次打开第一液氮控制
阀13和第二液氮控制阀16，产生的液氮雾经过第二液氮管12和第一三通阀11分流给第一液
氮管7和第二液氮管18，并经液氮雾直喷头19和液氮雾向下喷头8向掘进工作空间内喷出液
氮雾；启动离心扇6，进而通过耐负压管5在掘进工作空间的下部产生负压，使掘进工作空间
内的悬浮粉尘向下引流，此时掘进工作面迎头产生的粉尘一部分与细水雾结合形成带粉尘
水雾，并受重力及引流压力的作用在掘进工作空间内下降，同时在下降过程中液氮雾与带
粉尘水雾接触，使带粉尘水雾温度快速降低凝结，凝结后加快带粉尘水雾下降速度，直至达
到掘进工作空间的底板上，完成粉尘的一次沉降过程；其余未与细水雾结合的粉尘在负压
引流作用下向掘进工作面下部移动，在经过细水雾向下喷头9和液氮雾向下喷头8的位置
时，该部分粉尘与细水雾向下喷头9喷出的细水雾结合形成带粉尘水雾，液氮雾向下喷头8
喷出的液氮雾与带粉尘水雾接触，使带粉尘水雾温度快速降低凝结，凝结后加快带粉尘水
雾下降速度，直至达到掘进工作空间的底板上，完成粉尘的二次沉降过程；最后如还有剩余
未沉降的粉尘受负压作用会吸附在阻尘滤网4上，从而实现掘进工作空间内的粉尘沉降工
作，同时离心扇6能将掘进工作空间内的空气不断抽出，也能降低掘进工作空间内的瓦斯浓
度；另外掘进工作空间内的细水雾沉降后能对周围巷道围岩或煤体进行湿润及降温，从而
能有效降低掘进过程中切割煤岩产生火花的可能性。