煤礦井下自動降塵系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

白怡明

(中國煤炭科工集團(tuán) 沈陽設(shè)計研究院有限公司， 遼寧 沈陽 110015)

0 引言

鐵法煤業(yè)集團(tuán)大強(qiáng)煤礦位于遼寧省沈陽市康平縣張強(qiáng)鎮(zhèn)，設(shè)計生產(chǎn)能力150萬t/a，礦井采用立井開拓方式，井深為-990 m，屬于千米深井，井下配有2套綜采工作面，4套綜掘工作面，1套普掘工作面，2條大巷帶式輸送機(jī)等。

煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵是屬于礦井的五大自然災(zāi)害之一，對煤礦的安全生產(chǎn)和井下作業(yè)工人的身體健康都會造成極大的危害。針對大強(qiáng)煤礦井下井下的具體生產(chǎn)實際情況，通過使用井下自動降塵系統(tǒng)，根據(jù)不同塵源狀況，實施配置了不同的降塵方案。

1 自動降塵系統(tǒng)組成

KJ39礦用自動降塵系統(tǒng)是一套基于無線運行、管理的自動降塵系統(tǒng)，可在井下或地面通過計算機(jī)遠(yuǎn)程對各噴霧系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、設(shè)置、控制，實現(xiàn)礦井對降塵系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實時、現(xiàn)場定時控制，同時提高鐵法煤業(yè)集團(tuán)大強(qiáng)煤礦綜合防塵的智能化和自動化水平[1-3]。

該設(shè)計的井下綜合自動降塵系統(tǒng)包含自動灑水降塵控制器、礦方隔爆型自動灑水降塵電控箱，整合了多種控制功能及綜合環(huán)網(wǎng)為一體，也包含了無線遙控傳感器與控制器之間的無線通信控制單元，同時利用煤礦井下自身的Wi-Fi無線基站和環(huán)網(wǎng)交換機(jī)建立通信關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳功能和煤礦井下自動灑水降塵環(huán)網(wǎng)覆蓋，也改善井下的防塵降塵效果及實現(xiàn)“無人值守”的效果。

2 鐵法大強(qiáng)煤礦井下綜合降塵治理系統(tǒng)的應(yīng)用

鐵法大強(qiáng)煤礦粉塵的主要來源為井下采煤工作面,井下回風(fēng)大巷，采掘工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道、煤倉等作業(yè)場所及帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載點、溜煤眼等工作場所。故防塵工作的原則是設(shè)法減少粉塵發(fā)生量和浮沉量，將粉塵控制在發(fā)生地點，盡可能阻止粉塵飛揚和進(jìn)入回風(fēng)風(fēng)流，同時使空氣中的粉塵快速沉降下來，集中收集，處理后將剩余的粉塵用足夠大的風(fēng)量加以稀釋排出至地面。

2.1 井下采煤工作面降塵方案

采煤機(jī)塵源跟蹤自動噴霧降塵系統(tǒng)主要用于大強(qiáng)煤礦綜采工作面的采煤機(jī)智能隨機(jī)跟蹤高效噴霧降塵，尤其是在配風(fēng)量大、產(chǎn)塵強(qiáng)度高的綜采工作面，可顯著降低采煤機(jī)割煤時的粉塵濃度。可以獨立運行，也可以和綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行。塵源跟蹤自動噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)備配置見表1。

表1 塵源跟蹤自動噴霧降塵系統(tǒng)設(shè)備配置

鐵法煤業(yè)集團(tuán)大強(qiáng)煤礦兩個綜采工作面，其工作面長均為180 m，每個綜采工作面選用液壓支架共計60套，經(jīng)計算后選用礦用隔爆兼本質(zhì)安全型自動灑水降塵裝置雙閥門主控箱60臺，礦用本質(zhì)安全型無線采煤機(jī)傳感器1臺，礦用本質(zhì)安全型無線壓力傳感60組，礦用本質(zhì)安全型電動球閥60組。采煤機(jī)塵源跟蹤自動噴霧降塵系統(tǒng)見圖1。

圖1 采煤機(jī)塵源跟蹤自動噴霧降塵系統(tǒng)

以第一組為例，當(dāng)綜采工作面操作時，工作面操縱閥手柄下拉，無線壓力傳感器1A檢測到液壓管路內(nèi)壓增大，發(fā)出無線指令給降塵主機(jī)1，(或無線位移傳感器檢測到操縱手柄下拉動作，發(fā)出無線指令給降塵主機(jī)1)，打開后噴A閥，后噴霧噴頭開始噴霧降塵。

當(dāng)移架時，移架操縱閥手柄下拉，同理，無線壓力(位移)傳感器1B發(fā)出無線指令給降塵主機(jī)1，打開前噴B閥，前噴霧噴頭開始噴霧降塵。

當(dāng)閥門打開后，對應(yīng)的指示燈閃爍，并且延遲一段時間關(guān)閉(時間可以自行設(shè)置)。當(dāng)接受到無線采煤機(jī)傳感器信號后，打開前噴B閥，對應(yīng)的指示燈閃爍，同時關(guān)閉無線采煤機(jī)傳感器打開的其它主機(jī)前噴B閥。若3 min后未收到關(guān)閉信號，閥門將自動關(guān)閉。

降塵方案特點包括:

1) 智能跟蹤噴霧降塵。自動檢測采煤機(jī)位置，按采煤機(jī)移動方向順次開啟或關(guān)閉采煤機(jī)前、后滾筒對應(yīng)支架上的噴霧，使采煤機(jī)前、后滾筒始終處于噴霧的控制范圍之內(nèi)。

2) 降塵效率高。系統(tǒng)采用高壓電磁閥，動作響應(yīng)時間短，使降塵效率提高到90%以上。

3) 可靠性高。每個分機(jī)都可獨立運行，系統(tǒng)某處出現(xiàn)通信線路故障時，仍然能按照原定參數(shù)運行；系統(tǒng)具有故障自診斷功能，能自動檢測實際在線的分機(jī)運行狀態(tài)和運行數(shù)量，主機(jī)能顯示故障分機(jī)信息，為及時維護(hù)提供方便。

4) 參數(shù)設(shè)置靈活、簡單。系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置可根據(jù)煤礦實際工作面長度、采煤機(jī)長度及運行速度等條件設(shè)定，設(shè)定時只需采用遙控器對主控箱進(jìn)行設(shè)置即可。

5) 無線線性定位專有技術(shù)，精準(zhǔn)定位。

6) 不受井下遮擋，行人、光、熱等環(huán)境影響，克服紅外式經(jīng)常性誤信號的缺點。

7) 專用霧化噴頭，粒度細(xì)微，密度均勻，用水量少。

8) 扇形廣角度霧幕阻截防塵。

2.2 井下回風(fēng)大巷，采掘工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道降塵方案

鐵法大強(qiáng)煤礦進(jìn)、回風(fēng)巷道降塵方案主要有自動灑水降塵裝置和除塵器凈化裝置兩部分組成。

2.2.1 自動灑水降塵裝置

該裝置主要用于煤礦井下進(jìn)回風(fēng)大巷、采掘工作面進(jìn)回風(fēng)巷道、車場、煤倉及其它需要定時噴霧降塵或定時灑水的作業(yè)場所，凈化風(fēng)流，改善工作環(huán)境，防止粉塵危害，保護(hù)工人身體健康，該裝置可定時對各工作場所進(jìn)行噴霧降塵，定時時間及噴霧時間可在一定范圍內(nèi)設(shè)置，當(dāng)噴霧開啟時，若巷道中有人通過，裝置可暫停噴霧，直到延時時間結(jié)束后再開啟噴霧。自動灑水降塵裝置系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 自動灑水降塵裝置系統(tǒng)

2.2.2 回風(fēng)巷除塵器凈化裝置

凈化裝置以防爆混流式風(fēng)機(jī)作動力，將含塵氣體經(jīng)風(fēng)筒(管)吸入除塵器中，在噴霧器密集水霧作用下，使粉塵濕潤凝聚，與此同時，在過濾網(wǎng)上形成攔截粉塵的水膜，將粉塵捕集下來。在水霧不斷洗滌作用下，塵泥水漿流入水槽中，經(jīng)排水閥排除出。部分穿透的水霧在渦流的作用下被分離出來，凈化后的氣體排入巷道，達(dá)到除塵的目的,見圖3。

圖3 除塵器凈化裝置安裝

2.2.3 降塵方案特點

1) 裝置中配有熱釋電紅外傳感器,可及時準(zhǔn)確地檢測到是否有人員到來，可有效避免淋濕過往人員。

2) 裝置小巧、方便安裝，全自動化工作模式，運行穩(wěn)定可靠。

3) 具有灑水延時功能，延時時間可在0～999 s內(nèi)調(diào)節(jié)。

4) 參數(shù)設(shè)置方便,參數(shù)通過遙控器進(jìn)行設(shè)定，無需開蓋設(shè)計。采用風(fēng)機(jī)與除塵器結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計，減小了除塵器外形尺寸和重量，易于除塵器搬遷和使用。

5) 采用渦輪式除塵脫水專利技術(shù)，提高了除塵器各項性能指標(biāo)。

6) 維護(hù)、使用簡單，搬運移動方便。

7) 采用特殊配比材料，經(jīng)國家煤礦防塵通風(fēng)產(chǎn)品檢驗不產(chǎn)生摩擦火花。

8) 采用吸塵風(fēng)筒直接安裝在回風(fēng)巷口，除塵效果好。

2.2.4 裝置安裝位置

自動灑水降塵裝置配有熱釋電紅傳感器，安裝在與人行道靠近的煤壁上，離巷道底部1.4 m并與底部平行，安裝時注意調(diào)節(jié)好噴頭的角度，使其達(dá)到最好噴淋效果，噴頭的噴射方向需要是迎風(fēng)向。

回風(fēng)巷除塵器凈化裝置安裝在回風(fēng)巷，根據(jù)回采工作面推進(jìn)情況，定期移動，吸塵風(fēng)筒一端接除塵器，一端在工作面回風(fēng)口處，并隨工作面推進(jìn)而移動。

圖4 帶式輸送機(jī)自動灑水降塵裝置安裝

2.3 帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載點、溜煤眼等降塵方案

降塵方案由帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載點自動灑水降塵裝置(觸控)，帶式輸送機(jī)自動噴霧降塵裝置,轉(zhuǎn)載點、溜煤眼除塵器除塵裝置3部分組成。

1) 帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載點自動灑水降塵裝置(觸控)用于帶式輸送機(jī)運輸巷、帶式輸送機(jī)機(jī)、溜煤眼等工作場所，改善工作環(huán)境，防止粉塵危害，保護(hù)工人身體健康；當(dāng)有物體觸碰到觸控傳感器時，觸控傳感器產(chǎn)生一個觸發(fā)控制信號，通過電纜傳至主控箱，由主控箱輸出電壓打開電磁閥對運煤車或皮帶進(jìn)行噴霧，除去機(jī)車、皮帶運行時產(chǎn)生的粉塵，當(dāng)機(jī)車駛過或煤流停止運行，便停止噴霧。

2) 帶式輸送機(jī)自動噴霧降塵裝置用于帶式輸送機(jī)運輸物流中的自動控制噴霧降塵。控制器依靠與運載設(shè)備的摩擦而運轉(zhuǎn)，因此本身不帶動力，在煤礦井下帶式輸送機(jī)重載運行時，控制器才動作、噴霧打開，而重載不運行或空載時，控制器不動作、噴霧關(guān)閉，控制器具有結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小、質(zhì)量輕、維護(hù)方便等特點。

3) 轉(zhuǎn)載點、溜煤眼除塵器除塵裝置是以防爆混流式風(fēng)機(jī)作動力，將含塵氣體經(jīng)風(fēng)筒(管)吸入除塵器中，在噴霧器的密集水霧作用下，使粉塵濕潤凝聚，與此同時，在過濾網(wǎng)上形成攔截粉塵的水膜，將粉塵捕集下來。在水霧不斷洗滌作用下，塵泥水漿流入水槽中，經(jīng)排水閥排除出。部分穿透的水霧在渦流的作用下被分離出來，凈化后的氣體排入巷道，從而達(dá)到除塵的目的,如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)載點除塵器裝置

降塵方案特點包括:

1) 裝置中配有觸控傳感器,可及時準(zhǔn)確地檢測物體碰撞信號，進(jìn)行噴淋，有效降低粉塵污染。

2) 參數(shù)通過遙控器進(jìn)行設(shè)定，無需開蓋設(shè)計。

3) 控制器采用液壓原理，比其它自動控制裝置動作更可靠、靈敏度更高、壽命更長，更適合在條件惡劣的環(huán)境中使用；采用風(fēng)機(jī)與除塵器結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計，減小了除塵器外形尺寸和重量，易于除塵器搬遷和使用。

4) 采用防堵塞噴嘴，使除塵器能長期穩(wěn)定運行。

5) 采用密閉吸塵罩，能有效控制粉塵飛揚，有最佳的降塵效果。

降塵裝置安裝位置:

1) 帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載點自動灑水降塵裝置(觸控)與灑水噴頭的距離要保持在2～5 m之間，安裝時注意調(diào)節(jié)好噴頭的角度，使其達(dá)到最好噴淋效果，噴頭的噴射方向要是迎風(fēng)向。

2) 帶式輸送機(jī)自動噴霧降塵裝置安裝在帶式輸送機(jī)沿線。

3) 轉(zhuǎn)載點、溜煤眼除塵器除塵裝置用伸縮風(fēng)筒連接除塵器和吸塵罩，使揚起的粉塵能有效地被吸入除塵器中，連接水管和電源，構(gòu)成完整的抽塵凈化系統(tǒng)。

3 井下自動降塵系統(tǒng)的使用措施

1) 采煤機(jī)內(nèi)外噴霧系統(tǒng)每天檢修維護(hù)，保證噴嘴完好不堵塞。

2) 采煤機(jī)內(nèi)外噴霧安裝過濾裝置。

3) 采煤機(jī)內(nèi)外噴霧由兩路φ25的高壓膠管從運輸順槽主干管路供水，外噴霧壓力不低于1.5 MPa，內(nèi)噴霧壓力不低于2.0 MPa。噴霧泵布置在上運順槽設(shè)備列車附近靠工作面的一端，隨設(shè)備列車開關(guān)一起啟動。

4) 破碎機(jī)必須安裝防塵罩和噴霧裝置，以防止煤塊在破碎過程中產(chǎn)生大量煤塵。

5) 液壓支架在移架時所引起頂煤壓力變化和液壓支架頂部與工作面煤層摩擦產(chǎn)出的煤塵都必須通過智能跟蹤噴霧系統(tǒng)來噴霧處理。

6) 通過煤塵注水來減少綜采工作面粉塵的產(chǎn)生，根據(jù)大強(qiáng)煤礦的巷道布置，結(jié)合煤層賦存特征，回采工作面煤層注水應(yīng)用超前動壓注水工藝，用深孔煤層采前注水方式。在工作面運輸順槽中平行于工作面，在巷道中距離底板1 m左右處均勻布置。

4 結(jié)論

1) 目前鐵法煤業(yè)集團(tuán)大強(qiáng)煤礦井下自動降塵系統(tǒng)設(shè)計已完成建設(shè)及安裝調(diào)試工作，在井下運行正常，該系統(tǒng)充分利用了井下綜合自動化技術(shù)，將井下自動降塵系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程控制及自動化控制結(jié)合起來，以達(dá)到“無人值守”的工作狀態(tài)。該井下自動降塵系統(tǒng)能通過連續(xù)、自動灑水，在降塵除塵，凈化空氣的同時，吸收一定有害氣體，降低瓦斯，粉塵濃度，改善和治理粉塵作業(yè)環(huán)境，是一套有效的防止粉塵危害的重要安全設(shè)施，在運行期間取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，為井下的安全生產(chǎn)提供了可靠保障[4]。

2) 目前井下對于粉塵濃度的監(jiān)測監(jiān)控尚不完善，仍然有改進(jìn)的空間。粉塵突出的地方有井下巷道轉(zhuǎn)載點，綜采工作面回風(fēng)航上隅角等，僅依靠現(xiàn)有井下安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的粉塵傳感器仍不能滿足現(xiàn)場的使用要求。因此,如何在井下巷道轉(zhuǎn)載點和綜采工作面回風(fēng)航上隅角處形成有針對性的粉塵濃度監(jiān)測報警系統(tǒng),將是當(dāng)前煤礦井下粉塵治理需要關(guān)注的重點問題。