全自動(dòng)塵源跟蹤噴霧降塵技術(shù)在采煤工作面中的應(yīng)用

智 軍

（西山煤電股份有限公司西銘礦， 山西 太原 030052）

1 工作面概況

西銘礦北七采區(qū)48705 綜采工作面的地表位于王家溝村以東、馬矢山村以西、隨老母斷層以南、蒿地茆村西北。太佳公路由南東向北西穿過工作面北部地表，工作面蓋山厚度224～406 m，平均315 m。該工作面井下位于北七采區(qū)左翼，東為48703 掘進(jìn)工作面，南鄰北七左翼回風(fēng)巷，西鄰為48707 工作面采空區(qū)，北為隨老母斷層。該工作面煤層自燃傾向性為Ⅱ類，自燃煤層，工作面用于治理瓦斯風(fēng)量為2 540 m3/min。工作面進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷均按照設(shè)計(jì)要求安裝防塵管路，并按照進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷的規(guī)定設(shè)置三通閥門并配備灑水軟管，回風(fēng)巷按規(guī)定設(shè)置捕塵網(wǎng)凈化水幕聯(lián)合降塵裝置、工作面運(yùn)輸轉(zhuǎn)載落煤點(diǎn)安裝防塵罩，采煤機(jī)安裝外噴霧，在工作面巷道入口處安裝反沖式水質(zhì)過濾器，改善管網(wǎng)的水質(zhì)。鑒于受防塵管網(wǎng)水壓等眾多因素影響，采煤機(jī)割煤作業(yè)時(shí)，落煤處產(chǎn)生大量懸浮煤塵，原采煤機(jī)噴霧降塵裝置，不能快速捕捉煤塵，導(dǎo)致采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)煤塵分散在工作面持續(xù)時(shí)間較長，不能得到有效緩解，因此引進(jìn)新型全自動(dòng)塵源智能跟蹤噴霧降塵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤連續(xù)降塵的目的。

2 全自動(dòng)塵源跟蹤降塵系統(tǒng)的組成及工作原理

1）本系統(tǒng)由采煤機(jī)紅外發(fā)射器、支架紅外接收器、支架噴霧、支架水幕及電磁閥、三通供水閥門、電源控制箱、高壓膠管及連接分控箱的專用電纜、信號發(fā)射主機(jī)、防爆隔離開關(guān)組成[1]。

2）在控制系列車安裝智能降塵主控裝置，通過專用線纜與工作面液壓支架上安裝的分控箱連通，分控箱與支架上安裝的本安型電磁閥及配套的紅外接收傳感器連通，由采煤機(jī)安裝的紅外信號發(fā)射器與支架安裝的紅外信號接收器形成采煤機(jī)全方位定位體系。主控箱根據(jù)接收到的位置信號確定采煤機(jī)的實(shí)時(shí)位置。伴隨著采煤機(jī)割煤方向的移動(dòng)，設(shè)定下風(fēng)側(cè)降塵水幕的組數(shù)、采煤機(jī)的位置等工作參數(shù)。根據(jù)各類發(fā)射器、接收器，實(shí)時(shí)監(jiān)測采煤機(jī)的行走位置，根據(jù)控制器所采集的數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)多道凈化水幕、噴霧的自動(dòng)開啟/關(guān)閉，及時(shí)捕捉落煤時(shí)產(chǎn)生的大量煤塵，降塵主控箱根據(jù)捕捉的指令信號向分控箱下達(dá)執(zhí)行命令，分控箱給設(shè)定好的降塵水幕電池閥發(fā)出開啟指令，形成多道水幕隔離墻，從而凈化作業(yè)區(qū)域的懸浮煤塵，給降低職業(yè)病發(fā)生率提供了保障[2]。

3）全自動(dòng)塵源跟蹤降塵技術(shù)在正常割煤作業(yè)時(shí)，通過在采煤機(jī)上安裝1 個(gè)公用的紅外發(fā)射器，在工作面所有液壓支架的前支撐立柱安裝1 個(gè)配套的紅外信號接收器，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行到某個(gè)支架位置時(shí)，相應(yīng)的紅外信號接收器接收到指令信號后，以通訊方式通過分控箱將指令傳輸?shù)较到y(tǒng)主控箱，主控箱按照預(yù)先設(shè)定的程序和參數(shù)，將執(zhí)行指令分別下達(dá)到各個(gè)分控箱，分控箱給支架電磁閥下達(dá)開啟命令；一旦接到開啟命令，則電磁閥呈開啟狀態(tài)（可同時(shí)開啟設(shè)訂好的水幕組數(shù)），并執(zhí)行高壓噴霧降塵動(dòng)作，形成采煤機(jī)噴霧、支架噴霧、水幕全方位降塵體系，有效遏制了煤塵的擴(kuò)散[3]。

3 全自動(dòng)塵源跟蹤噴霧降塵工藝

1）全自動(dòng)采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧降塵系統(tǒng)是全自動(dòng)化的新型智能降塵系統(tǒng)，其工作效率相匹配的相關(guān)工作參數(shù)（如噴霧、支架水幕的組數(shù)等）可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況自行設(shè)置，系統(tǒng)將記憶設(shè)置的工作參數(shù)，形成記憶軌跡，即按設(shè)定的記憶軌跡進(jìn)行統(tǒng)一下達(dá)執(zhí)行指令，分控箱通過指令給對應(yīng)的電磁閥下達(dá)執(zhí)行指令；預(yù)先在系統(tǒng)設(shè)定的各項(xiàng)執(zhí)行參數(shù)必須根據(jù)采煤機(jī)運(yùn)行過程中存在的問題及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保降塵效果達(dá)到最佳狀態(tài)。該系統(tǒng)需要確定的主要參數(shù)包括：采煤機(jī)行走過程中的前后位置定位誤差值、采煤機(jī)前后滾簡處噴霧安裝數(shù)量及下風(fēng)側(cè)支架水幕的開啟組數(shù)、供水壓力等。為了使工作面粉塵濃度控制到最佳效果，在工作面液壓支架前探梁下方安裝2 個(gè)G 型噴嘴，可根據(jù)工作面液壓支架實(shí)際架寬，確定噴霧噴嘴的間距，本工作面實(shí)際架寬1.75 m，因此確定支架2 個(gè)噴嘴間距為700 mm，液壓支架噴嘴由其匹配的高壓電磁閥控制，見圖1。

圖1 系統(tǒng)在支架上的安裝布置簡圖

2）采煤機(jī)上、下滾筒噴嘴數(shù)量的設(shè)置是整個(gè)降塵技術(shù)中提升降塵效果的關(guān)鍵因素，其設(shè)置數(shù)量既不能太多，也不能太少。噴嘴密度大，覆蓋范圍過大，對提高噴霧降塵效果作用有限，反而造成供水量的消耗；噴嘴數(shù)量太少，覆蓋不了滾筒全斷面。有效射程不高，不能達(dá)到降塵目標(biāo)，上風(fēng)側(cè)滾筒噴嘴數(shù)確定為8 個(gè)。為對采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)持續(xù)跟蹤凈化，下風(fēng)側(cè)噴霧數(shù)量為8 個(gè)，配合下風(fēng)側(cè)同時(shí)開啟支架凈化水幕組數(shù)，形成綜合降塵體系，全方位捕捉煤塵，前滾筒至后滾筒隔距離為5 架支架寬度，約8.75 m。采煤機(jī)機(jī)身區(qū)域5 個(gè)支架，屬于過渡段不是煤塵直接產(chǎn)塵源，為節(jié)約供水總量，將這5 架設(shè)置成不工作狀態(tài)。

3）降塵噴霧系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)。噴霧粒徑130μm，噴嘴流量約7 L/min，支架總噴霧流量約84 L/min；噴霧有效射程≥4 m；噴霧供水壓力≥8 MPa；降塵噴霧區(qū)域?yàn)椴擅簷C(jī)前、后滾筒作業(yè)區(qū)域以及滾筒下風(fēng)側(cè)40 m 范圍內(nèi)。

4 應(yīng)用效果

全自動(dòng)采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧降塵系統(tǒng)使用過程中，由測塵人員在下風(fēng)側(cè)，對使用原降塵裝置的粉塵濃度與使用全自動(dòng)采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧降塵系統(tǒng)后的粉塵濃度進(jìn)行了對比分析，通過對測定的粉塵濃度數(shù)據(jù)對比分析，采用常規(guī)降塵措施后的測定的粉塵質(zhì)量濃度值為1 426 mg/m3，采用全自動(dòng)采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧降塵系統(tǒng)后測定的粉塵質(zhì)量濃度值為95～180 mg/m3，該系統(tǒng)可從產(chǎn)塵源頭大大降低粉塵濃度，通過采取全方位降塵措施后，可將粉塵控制在限定的作業(yè)區(qū)間，降低粉塵的擴(kuò)散區(qū)域。通過采用各降塵裝置聯(lián)合動(dòng)作的方式，有效遏制了作業(yè)點(diǎn)粉塵擴(kuò)散，可降低支架操作區(qū)域的粉塵濃度，提升了職業(yè)健康保障能力。

5 結(jié)論

通過在西銘礦北七采區(qū)48705 工作面使用全自動(dòng)采煤機(jī)塵源跟蹤噴霧降塵技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了對采煤工作面降塵裝置及其參數(shù)工作軌跡的遠(yuǎn)程集中控制，減少了人員操作環(huán)節(jié)，有效地提升了綜合降塵水平，捕捉采煤機(jī)滾筒落煤時(shí)的大量煤塵，有效抑制了煤塵的飛揚(yáng)，降低了巷道粉塵濃度，為工作面正常作業(yè)期間各作業(yè)環(huán)節(jié)安全操作打下了良好的基礎(chǔ)。