礦井粉塵監(jiān)控和高效治理技術(shù)的研究與應用

趙彤宇,劉生玉,王 凱

(1.鄭州光力科技發(fā)展有限公司,河南鄭州 450001;2.雙鴨山礦業(yè)集團公司通風管理部,黑龍江雙鴨山 155100)

礦井粉塵監(jiān)控和高效治理技術(shù)的研究與應用

趙彤宇1,劉生玉2,王 凱1

(1.鄭州光力科技發(fā)展有限公司,河南鄭州 450001;2.雙鴨山礦業(yè)集團公司通風管理部,黑龍江雙鴨山 155100)

Research and Application ofM ine DustMonitor ing and High-efficiency Prevention Technology

介紹了一種新型礦井粉塵監(jiān)測和高效治理技術(shù),實現(xiàn)了礦井粉塵濃度的在線連續(xù)監(jiān)測與控制,可將檢測點的粉塵濃度實時傳送至井上控制系統(tǒng),實現(xiàn)了智能化煤礦粉塵治理,在粉塵濃度超過設(shè)定的標準時,采煤機、掘進機工作等狀況下,可自動進行高壓噴霧降塵,相比傳統(tǒng)技術(shù),除塵效率提高了 80%以上。

礦井粉塵;在線監(jiān)控;高噴霧降塵;粉塵濃度傳感器

長期以來,粉塵治理始終是礦井安全生產(chǎn)的難題之一。隨著現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)率的提高,粉塵問題也越來越嚴重,大量粉塵沉積于井巷四壁,或懸浮于井巷空間,具有很大危害性,煤礦工人長期吸入,輕者會患呼吸道疾病,重者會患矽肺病。煤塵還具有爆炸性,給煤礦安全生產(chǎn)帶來很大的威脅。煤塵濃度較高時會降低作業(yè)場所的能見度,導致誤操作,增加工傷事故的發(fā)生。另外,還會加速機械的磨損,縮短精密儀器、儀表的壽命。因此,世界各國紛紛制定嚴格的粉塵濃度標準,以此維護工人身心健康和礦井安全。機械化采煤工作是采礦最大粉塵來源之一,保護工人健康,維護環(huán)境的重要性是僅次于瓦斯治理的一項工作?；谝陨显?本公司進行了大量市場調(diào)研和科技、經(jīng)濟力量投入,具有針對性解決采煤降塵治理工作。

1 高壓霧化除塵機理

煤礦井下主要的污染來自煤塵的污染。由于礦井采煤、掘進、運輸?shù)戎饕h(huán)節(jié)都會引起煤塵污染,并且井下通風條件比較差,工作空間比較小,所以井下局部地區(qū)空氣中煤塵濃度會很高。

高壓噴霧降塵裝置的降塵機理是霧滴對粉塵碰撞、攔截和捕獲,使霧滴與塵粒凝聚,密度增加而加快沉降。高壓水霧速度高,噴嘴出口處的水霧速度達 20～30m/s,有效與粉塵顆粒碰撞,凝固;水霧顆粒小,大部分水霧顆?？刂圃?50μm左右,最小為 20～30μm,最大為 100～150μm,小水霧容易沉降對人體危害嚴重的呼吸性粉塵;水霧的分散性好、覆蓋面大,有利于提高粉塵與水霧的碰撞幾率;水霧的電離子數(shù)量明顯增加,其與粉塵顆粒的電荷產(chǎn)生相應的電荷效應,增強了粉塵顆粒的吸附性能而凝固沉降。

2 煤礦粉塵監(jiān)控和治理裝置的工作原理

該裝置由粉塵濃度傳感器、井下分站、主控制器、電磁啟動器、隔爆高壓水泵、過濾器、高低水位自動控制器、高壓膠管和霧化噴頭等組成,如圖1所示。

圖1 粉塵治理裝置總體結(jié)構(gòu)

該裝置通過粉塵濃度、光控、觸控、聲控、開停等傳感器向主控制器發(fā)出信號,控制高壓泵的噴霧和停止,實現(xiàn)了煤礦粉塵濃度的在線連續(xù)監(jiān)測與控制、與采煤機或掘進機的聯(lián)動降塵和保護通過人員的功能。當作業(yè)場所粉塵濃度超過設(shè)定標準值時,通過粉塵傳感器向主控制器發(fā)出信號,控制降塵裝置的噴霧,實現(xiàn)了粉塵濃度的在線連續(xù)定量監(jiān)測與控制。當采煤機或掘進機工作時,開停傳感器向主控制器發(fā)出信號,控制降塵裝置的噴霧,實現(xiàn)了噴霧裝置與采煤機或掘進機的聯(lián)動。當噴霧區(qū)域有人經(jīng)過時,光控傳感器向主控制器發(fā)出信號,控制降塵裝置停止噴霧;當工作人員離開噴霧區(qū)域時,如果此時粉塵仍然超標或采煤機掘進機仍在工作,則可繼續(xù)啟動噴霧裝置。

3 裝置的安裝與使用

粉塵濃度傳感器是該裝置的重要組成部件, CGC1000粉塵濃度傳感器是利用β粒子三極電離測塵技術(shù)研發(fā)出的最新一代可在線連續(xù)監(jiān)測粉塵濃度的傳感器,該測塵技術(shù)已獲發(fā)明專利。測量出的粉塵濃度值不受粉塵顆粒的物理化學性質(zhì)影響,不受被測氣體流速、溫度影響,可長期不間斷進行粉塵監(jiān)測,測量準確性高,長期穩(wěn)定性好,維護工作量小。

傳感器的測量范圍 0.01～1000mg/m3,在量程范圍內(nèi)可任意設(shè)定標準值。只要粉塵濃度達到設(shè)定值就會輸出控制信號。根據(jù)井下不同的地點對粉塵濃度要求不同,可以設(shè)定不同的標準值。因此,該裝置適用于井下各處產(chǎn)塵點自動控制灑水降塵。

該裝置可以設(shè)置在采煤機上 (見圖 2),對滾筒采煤時產(chǎn)生的粉塵及時治理。對采煤機自動檢測,實時感應采煤機工作狀況,自動加壓,通過管路輸送到設(shè)置在采煤機上的噴頭,合理均布分散水霧,使噴霧壓力達到 8～12.5MPa,流量達到 40～80L/min,有效射程≥6m,流速 3～8m/s。既克服了噴霧壓力、流量不足問題,又同采煤機冷卻電機水路分離,通過設(shè)置在采煤機上的專用噴頭,具有針對性地對產(chǎn)塵區(qū)域包裹噴霧。采煤機工作時,在距滾筒下風向 10m左右粉塵濃度小于 200mg/m3,降塵效果 (試驗前后測試對比結(jié)果)≥80%,能見度 50m以上。該裝置電壓適用范圍為 36V, 127V,380/660V,660/1140V等;傳感器可以通過感應電流、粉塵濃度、觸控、光控、遙控、開關(guān)等形式控制設(shè)備開停。當主機接收到傳感器的信號后,發(fā)出控制信號到控制器、電動閥,控制器啟動電機電源閉合,電動閥控制水箱水量,反之水箱通過水位變化反應控制電動閥關(guān)閉,同時加壓泵啟動,管路升壓,噴頭可以設(shè)置多個不同型號噴嘴,調(diào)節(jié)噴霧效果。

該裝置也可以設(shè)置在掘進機上 (見圖 3),使掘進過程中產(chǎn)生的粉塵進行沉降。對掘進機自動檢測,實時感應掘進機工作狀況,自動加壓,經(jīng)過管路輸送到設(shè)置在掘進機上的噴頭,即克服了噴霧壓力、流量不足問題,同掘進機水路分離,通過噴頭具有針對性地對截齒圓周包裹噴霧降塵。掘進機工作時,在司機處粉塵濃度小于 200mg/m3,降塵效果 (試驗前后測試對比結(jié)果)≥80%。

圖 2 采煤工作面自動高壓噴霧降塵裝置系統(tǒng)

圖 3 掘進工作面自動高壓噴霧降塵裝置系統(tǒng)

另外在巷道,尤其是采煤工作面的回風巷道口,粉塵濃度都比較高,設(shè)置該裝置后,回風巷粉塵濃度可以大大下降。其他如煤倉裝煤口、卸載口、轉(zhuǎn)載口等產(chǎn)塵點都可采用。

4 煤礦現(xiàn)場試用情況

在雙鴨山煤業(yè)集團新安礦井下 -500m的采煤工作面和 -350m的掘進工作面進行試用,工作面的環(huán)境參數(shù)為:凈斷面 11.5m2;采用壓入式局部通風,回風 400～600m3/min;利用現(xiàn)有礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸線路,經(jīng)過 3個月的現(xiàn)場使用,效果明顯,達到了預期目的。

(1)實現(xiàn)了監(jiān)測地點粉塵濃度實時傳輸?shù)降孛嬷行恼?可隨時掌握監(jiān)測地點粉塵濃度變化。

(2)粉塵濃度達到設(shè)定數(shù)值時,實現(xiàn)自動噴霧降塵。

(3)粉塵濃度達到設(shè)定值時,自動切斷被控設(shè)備電源,地面中心站通過斷電控制器可以監(jiān)測供電狀態(tài)。

(4)通過現(xiàn)場測定,監(jiān)測地點粉塵濃度達到或超過規(guī)定限值 (5/30)的時間大幅度縮短,次數(shù)減少,持續(xù)時間短。

測塵位置為綜采機和掘進機司機位,分別為 7次。項目實施前后粉塵濃度實測結(jié)果如表 1和表 2。

從表 1、表 2測量數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn):本項目實施前,由于綜采機、綜掘機除塵效果不好,不同時間段的產(chǎn)塵變化很大,沒有規(guī)律;項目實施后,除塵效果顯著,不同時間段在司機位測塵,無論是全塵濃度還是呼塵濃度顯著下降,測量值差距不大。

表1 項目實施前粉塵濃度 mg/m3

表2 項目實施后粉塵濃度 mg/m3

從表 1,表 2可以看出,項目實施后,綜采司機位全塵及呼吸性粉塵平均濃度分別下降 81.7%及 85.1%;掘進機司機位分別下降 83.9%及80.9%。

5 結(jié)論

從試驗現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)可以看出,高效噴霧降塵系統(tǒng)使得工作面各個部位的降塵率比原有噴霧系統(tǒng)的降塵率都有顯著的提高;機頭噴霧的霧化效果好,基本形成包圍滾筒和掘進頭的旋轉(zhuǎn)水霧;霧體的速度比較高且密度大,同時又不擴散防礙司機的視線;阻塵霧柱在使用井下靜壓水的情況下,仍然能保證優(yōu)良的霧化效果,尤其是選定的噴射角度合適,使得霧體基本在 2m處開始覆蓋斷面,并能保證 5m左右的霧柱,達到很好的阻塵效果。

[責任編輯:鄒正立]

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1006-6225(2010)05-0098-03

2010-04-09

趙彤宇 (1967-),男,河南平頂山人,碩士,高級工程師,鄭州光力科技發(fā)展有限公司董事長,從事經(jīng)營管理和技術(shù)開發(fā)。