一、立项原因
煤矿在生产过程中产生大量的粉尘，悬浮在巷道和工作面的气流中，严重影响矿井安全高效的生产，并且严重威胁井下工作人员的身体健康。采煤工作面中的机组割煤、移架、转载等工序产尘强度大，是主要产尘源，是除尘的重点，机组使用喷雾降尘，风流净化水幕，转载点喷雾洒水装置，巷道冲洗等综合防尘措施。我矿现在针对巷道防尘问题采取的主要技术措施为：
1、进风巷：距巷口50m范围内安装1道净化水幕，距工作面100～150m范围内安装2道净化水幕。
2、回风巷：距回风绕道50m范围内安装1道净化水幕，距工作面50m范围内安装2道净化水幕。水幕喷嘴迎向风流，雾化效果好，覆盖全断面。
3、固定式风流净化水幕选用气水两项喷雾装置，移动式风流净化水幕选用手动喷雾装置，进、回风巷安装气水两项喷雾装置2组，手动喷雾装置4组。
采取以上措施虽然一定程度上降低了工作面空气中煤尘的含量，但是并没有从根本上减少巷道煤尘的产生，为改善煤矿生产环境，净化工人们的作业环境，减少采煤机械的磨损，设计在晋华宫矿11#层307盘区东翼回风巷、12-2#层301盘区回风巷运用湍流技术在矿井粉尘防治中的研究与应用降尘技术试验。
二、研究或革新内容及创新点
湍流，百度百科中解释：湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。
湍流示意图
随着综合防尘工作的日益完善，各巷道均安装使用喷雾降尘设施，但普通喷头经常出现堵塞、雾化效果差等现象。通过与相关科研单位共同研发利用湍流技术进行降尘的湍流风水联动喷雾装置，有效解决了以上问题。
（一）、主要研究成果内容
1、湍流风水联动喷雾装置工作原理
利用湍流技术将高压水源用气源进行雾化，前置水压稳压系统和气压稳压系统，分别将水源和气水源进行雾化前的稳压，保证雾化水源的气源的稳定性。
2、喷雾装置工作原理
通过气水喷雾连杆将风管和水管分别连接在两个喷雾杆上，一个供水，一个供风。同时用风水管路上的阀门调节风水两相装置供风和供水。
从气路进入的压力气体通过喷头气孔后，产生速度很高的气流；从静压水路进入的压力水通过喷头环孔后产生较大的水流速度，单股水流和多股气流在气水混合室内形成稳定的气泡两相流动，气泡在两相流动过程中加速、变形、膨胀，在喷头出口处，由于气泡对液体的挤压和剪切作用使液体以包含大量微小气泡的液丝或液线的形式喷出。
使用前，首先调节好水压、风压。使用时，先开启供风阀门供风，再开启供水阀门供水，使压风和供水相结合，借助压风将喷雾中的水转变成水雾，喷洒到巷道中；利用水管上的控制阀门控制供水量的大小，从而根据需要随意改变喷雾的雾化程度，既可以有效地降尘又不浪费水资源；关闭时，先关闭供水阀门停止供水，在关闭供风阀门停止供风，利用风压将喷雾装置管路中的水全部转化成水雾喷洒出去，杜绝了喷雾中的留存水，导致喷雾装置锈蚀喷嘴对手影响喷雾雾化效果。
湍流风水联动喷雾装置示意图
3、喷雾装置优点
1）该装置利用湍流技术以加压空气为雾化介质，对水压要求较低、雾粒细小、雾化均匀、雾化效果好、调节范围大等优点，可有效降低巷道空气中的粉尘浓度。
2）该喷雾装置结构简单、方便耐用、节约用水、运行费用低、适用性强等优点。
3）解除了人工降尘操作，实现自动降尘。
4）维护和更换附件标准化、系统化、简单化。
三、应用情况及经济社会效益
通过在我矿12-2#层301盘区回风巷、11#层307东翼回风巷的使用，回风流范围内的降尘效果显著。降低员工的工作量，改善井下作业环境，降低了巷道中粉尘的浓度，对保护煤矿员工身体健康，确保矿井安全生产起到积极的作用。
1、直接经济效益
一个回风巷每周更换10个喷嘴，频繁的更换喷嘴费料、费时、费人，每个喷嘴费用大约45元人民币。每年可节约资金2.34万元。
使用湍流风水联动喷雾装置，回风巷按过去每周进行一次人工冲洗，繁重的冲洗工作费料、费时、费人，每周冲洗费用大约600元人民币。每年可节约资金21.9万元。
2、社会效益
改善井下作业环境，降低了巷道回风流范围内粉尘的浓度，对保护煤矿员工身体健康，减少尘肺病的发生率，确保矿井安全生产起到积极的作用。
四、总体性能指标比较
通过在我矿12-2#层301盘区回风巷、11#层307东翼回风巷的使用，回风流范围内的降尘效果显著。
1、通过在12-2#层301盘区回风巷各测点的总煤尘平均浓度为489.2mg/m3（4个测点的平均值），呼吸性粉尘平均浓度为159.3mg/m3，通过采取湍流喷雾装置技术进行巷道全断面降尘后，总煤尘平均浓度为202.1mg/m3，呼吸性粉尘平均浓度为70.0mg/m3，总煤尘浓度平均降低率达58.69%，呼吸性粉尘浓度平均降低率达56.10%，降尘效果很好。
2、通过在12-2#层301盘区回风巷实地对比，由使用前的每周2次维护，每次3人的工作量，降低为每两周1次维护，每次2人的工作量。从而大大的降低员工的工作量，改善井下作业环境，降低了巷道中粉尘的浓度，对保护煤矿员工身体健康，确保矿井安全生产起到积极的作用。
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特性 |
普通水幕 |
风水联动喷雾装置 |
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安全性 |
煤尘大，存在安全隐患 |
空气清新，改善工作环境 |
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方便性 |
喷头堵塞、更换频繁 |
减少喷雾堵塞、减少更换喷头 |
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经济性 |
人工更换喷头频繁增加工作量 |
节约人工更换喷头，节省用水 |
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效果性 |
喷雾较差、雾化效果差 |
雾粒细小、雾化均匀、雾化效果好 |
五、存在的问题及推广应用前景
通过在12-2#层301盘区回风巷、11#层307东翼回风巷的使用后，减轻工人劳动强度，改善作业环境，降低了回风流范围内粉尘浓度，保障安全生产，起到了很大的作用，主要体现在以下几个方面：
1、节约工时成本
减少喷头堵塞、避免频繁更换喷嘴而费时、费人。
2、改善作业环境、保障安全生产
通过使用气水两相喷雾装置降尘效果显著，使煤尘浓度降到爆炸浓度以下，有效的保障了安全生产。
3、适用范围及推广价值
湍流风水联动喷雾装置适应于各类有风水系统的巷道，根据《煤矿安全规程》规定：井下各巷道及转载点必须安设洒水灭尘设施。所以，气水两相喷雾装置投资小，安全可靠，灭尘有效，使用维护简便，是一种较好的安全设施，优势十分明显。
