煤礦綜采工作面自動降塵系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

李任重

（潞安化工集團有限公司，山西 長治 047100）

1 項目概況

煤礦井下粉塵濃度超標(biāo)會影響職工的身心健康，同時存在粉塵爆炸等安全隱患。當(dāng)前煤礦綜采工作面架間噴霧多為扇面式噴霧、集中式噴霧等形式，其缺點是：（1）只對采煤機道至煤壁間粉塵進行噴霧捕捉，人行道處一直處于防塵盲區(qū)；（2）噴霧安裝在綜采液壓支架的前上部，不便于維護且受煤壁滑落傷人的威脅；（3）噴霧降塵裝置無法做到對粉塵濃度的自動監(jiān)測，無法自動啟動設(shè)備。

針對以上情況，以二次負(fù)壓降塵裝置為基礎(chǔ)設(shè)計了一種新型自動降塵系統(tǒng)[1-6]。布置在工作面內(nèi)的粉塵傳感器對污染地點進行鎖定并對該處區(qū)域進行降塵作業(yè)，在降低粉塵濃度的同時還能有效提高降塵效率。該裝置在潞安化工集團有限公司五陽煤礦7607 綜采工作面進行了實踐應(yīng)用。

2 負(fù)壓二次降塵裝置的設(shè)計及工作原理

基于負(fù)壓二次降塵機理設(shè)計了新型液壓支架架間噴霧負(fù)壓二次降塵裝置。該裝置結(jié)構(gòu)如圖1，主要包括噴嘴、供水管、除塵口、側(cè)部吸塵口、后部吸塵口等結(jié)構(gòu)。本裝置利用流體形成的噴霧場和負(fù)壓風(fēng)流場將礦井綜采工作面上風(fēng)側(cè)采煤時產(chǎn)生的粉塵捕集后沉降。降塵噴霧裝置由固吸塵口、水源插口、引射筒、Ⅹ型旋流噴嘴和負(fù)壓回收罩等部分組成，可在水平方向360°旋轉(zhuǎn)。X 型旋流噴嘴，可在綜放工作面煤壁至液壓支架立柱間形成全斷面水霧場，同時在引射筒后部附近形成一個負(fù)壓吸塵場，這樣形成的噴霧場（釆煤機道噴霧場）和吸塵風(fēng)流場（人行道）使粉塵從側(cè)部和后部吸塵口吸入，從而避免了液壓支架人行道除塵盲區(qū)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了采煤工作面全斷面除塵。

3 自動控制系統(tǒng)設(shè)計

綜采面采煤機割煤及液壓支架移架時的粉塵濃度較大，噴霧系統(tǒng)無法做到全面降塵控制，部分遺漏粉塵隨風(fēng)流飄浮無固定地點，但仍對工作面造成污染。針對這一情況，設(shè)計了煤礦井下粉塵自動控制系統(tǒng)。

煤礦井下粉塵自動控制系統(tǒng)以二次負(fù)壓降塵裝置為終端，用PLC 做操控體系核心，通過粉塵濃度傳感器和人體紅外熱釋傳感器對信號進行采集，采集的信號經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后傳遞給PLC 控制單元。當(dāng)粉塵濃度傳感器輸出信號超過設(shè)定值且需噴霧區(qū)域無作業(yè)人員時，PLC 發(fā)出信號指令，開啟電磁閥，開啟二次負(fù)壓降塵裝置；當(dāng)粉塵濃度傳感器輸出信號超過設(shè)定值但是噴霧區(qū)域有作業(yè)人員時，PLC 發(fā)出延時開啟信號指令，等待人體紅外熱釋傳感器檢測到工作人員離開后再進行開啟；當(dāng)粉塵濃度傳感器檢測到粉塵濃度降到合理范圍內(nèi)后，二次負(fù)壓降塵裝置自動關(guān)閉；當(dāng)粉塵濃度傳感器輸出信號沒有超過設(shè)定值時，PLC 發(fā)出關(guān)閉電磁閥信號。該裝置工作流程如圖2。

圖1 負(fù)壓二次降塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 二次負(fù)壓降塵裝置自動降塵系統(tǒng)工作流程圖

4 實踐應(yīng)用及效果分析

4.1 工程概況

潞安化工集團有限公司五陽煤礦位于山西省襄垣縣王橋鎮(zhèn)境內(nèi)，設(shè)計年產(chǎn)360 萬t。五陽煤礦南以文王山北正斷層為界，北至西川正斷層，南北長約13 km，東西寬約10 km，面積78.364 9 km2。井田內(nèi)的煤層主要分布在二疊系山西組和石炭系太原組，共含煤13層，總厚度為13.31 m，含煤系數(shù)8.17%，其中參與儲量計算的3 個煤層平均總厚度8.62 m，可采含煤系數(shù)5.07%。7607 工作面屬76 采區(qū)，采用放頂煤走向長壁采煤方法，綜合機械化采煤工藝，開采順序為區(qū)段下行式、工作面后退式，全部垮落法管理頂板，U 型通風(fēng)系統(tǒng)。7607 工作面架間噴霧多為扇面式噴霧，采煤機采用內(nèi)外噴霧，從實踐效果來看，起到一定的降塵作用，但是效果還不太理想，因此采用設(shè)計的新型二次負(fù)壓自動降塵裝置進行優(yōu)化改進。

4.2 二次負(fù)壓自動降塵裝置的安裝

基于7607 工作面的實際情況，在該工作面每臺液壓支架上布置有3 個粉塵傳感器和1 個紅外人體傳感器（如圖3），可以實現(xiàn)對工作面粉塵濃度的全面信息采集。

圖3 二次負(fù)壓降塵裝置及傳感器布置

4.3 效果分析

對五陽煤礦7607 綜采工作面二次負(fù)壓自動降塵裝置應(yīng)用前后的粉塵濃度進行了監(jiān)測，對降塵效果進行對比分析。粉塵濃度測點布置如圖4。

圖4 工作面粉塵濃度監(jiān)測點布置圖

各測點粉塵濃度監(jiān)測結(jié)果見表1。

從表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，7607 綜采工作面的粉塵污染較為嚴(yán)重，原降塵措施的降塵率在45%左右，降塵效果不佳。采用負(fù)壓二次自動降塵裝置后，降塵率從45%左右上升到85%左右，取得了較好的降塵效果。

表1 各測點粉塵濃度監(jiān)測結(jié)果

5 結(jié)論

五陽煤礦7607 綜采工作面采用負(fù)壓二次自動降塵裝置后，降塵率從45%左右上升到85%左右，切實降低了采煤工作面的粉塵濃度。該裝置的應(yīng)用，有效地改善了采煤工作面工作人員的工作環(huán)境，減輕了工人勞動強度，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。