煤礦井下防塵自動(dòng)噴霧裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

馮中華

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)朔州煤電王坪煤業(yè)公司，山西 朔州 038300）

引言

某煤礦的年產(chǎn)煤量是45萬(wàn)t，現(xiàn)主要開(kāi)采煤層是3號(hào)煤層，平均厚度為3~8 m，有0°~20°的傾角，煤層的深度為460 m，煤質(zhì)是中高發(fā)熱量氣煤，局部含有焦煤，煤層有56 d的自然發(fā)火期，有較低的瓦斯含量，屬于低瓦斯礦井，煤塵的爆炸指數(shù)為41.37%，因此，如何減少煤塵含量，控制煤塵飛揚(yáng)，是減少煤塵爆炸的關(guān)鍵。

1 塵源分析

在井下開(kāi)采過(guò)程中，輸送機(jī)的轉(zhuǎn)載、破煤機(jī)破煤、機(jī)組割煤、移架和放煤等作業(yè)，都會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵。其中，機(jī)組割煤是工作面的最大塵源，也是產(chǎn)生煤塵的主要部分，且持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)[1]，在割頂煤時(shí)，支架前探梁的掩護(hù)板會(huì)被收回，隨著前滾筒的不斷升高，在前探梁上割煤，頂板出現(xiàn)垮落從而產(chǎn)生大量的煤塵，在掘進(jìn)時(shí)，通過(guò)相互擠壓使巖體垮落，進(jìn)入溜槽后，巖體相互碰撞而產(chǎn)生大量的煤塵，且粉塵的濃度較大，煤塵的產(chǎn)生及含塵氣流運(yùn)動(dòng)方向如圖1所示。在移架過(guò)程中，液壓支架來(lái)回進(jìn)行升降，導(dǎo)致支架上方的巖體出現(xiàn)破碎，在支架移動(dòng)的過(guò)程中，巖體會(huì)沿縫隙落下，從而產(chǎn)生較多粒徑較大的粉塵。在放煤過(guò)程中，煤塵在進(jìn)風(fēng)流的作用下，沿放煤溜槽進(jìn)入回風(fēng)流，產(chǎn)生煤塵。

圖1 煤塵產(chǎn)生及含塵氣流運(yùn)動(dòng)方向示意圖

2 防塵自動(dòng)噴霧裝置設(shè)計(jì)

通過(guò)分析工作面產(chǎn)生煤塵的原因，目前單一的降塵措施已經(jīng)不能滿足降低工作面粉塵濃度的要求，因此，采用負(fù)壓誘導(dǎo)式自動(dòng)噴霧裝置[2]來(lái)有效降低工作面的粉塵濃度。

自動(dòng)噴霧裝置主要由噴霧總成、供氣電動(dòng)球閥、供水電動(dòng)球閥、主控制器、傳感器等部分組成，具體的電氣參數(shù)如表1所示，自動(dòng)噴霧裝置的原理是利用高速氣霧射流，在以負(fù)壓噴頭為圓心的1 m范圍內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，將煤塵吸入霧柱內(nèi)，噴霧裝置中噴出的霧粒會(huì)擊中霧柱內(nèi)的粉塵[3]，將粉塵浸濕使其降落，從而達(dá)到自動(dòng)除塵的效果，使用這種方法，產(chǎn)生的霧粒較小，影響范圍較大，降塵效果較好。

表1 自動(dòng)噴霧裝置電氣參數(shù)

負(fù)壓誘導(dǎo)式自動(dòng)噴霧裝置是采用氣水混合的方式對(duì)巷道和工作面的煤塵進(jìn)行噴霧降塵，噴霧總成通過(guò)負(fù)壓誘導(dǎo)式噴頭將霧噴出，噴頭霧化出的顆粒較小，可達(dá)到10μm，用水量較少，霧體范圍大，可以調(diào)節(jié)霧體的作用范圍以及水滴的運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)巷道和工作表面及時(shí)補(bǔ)濕，提高空氣的濕度。隨著外界風(fēng)動(dòng)的影響，這些濕潤(rùn)的表面能夠吸附工作面內(nèi)的煤塵，從而避免了煤層的自燃和爆炸，降低煤塵對(duì)工作面的影響。

自動(dòng)噴霧裝置系統(tǒng)中探頭在接收到外界環(huán)境信號(hào)后，會(huì)將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)化成可識(shí)別的電信號(hào)，通過(guò)電纜將電信號(hào)傳輸?shù)街骺刂破髦?，主控制器便?huì)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，將干擾信號(hào)剔除，并最終傳輸?shù)紺PU中，此時(shí)固態(tài)繼電器開(kāi)始工作，根據(jù)固態(tài)繼電器的指令，驅(qū)動(dòng)噴霧裝置的電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧。自動(dòng)噴霧主控制器的工作原理如下頁(yè)圖2所示[4]。

圖2 自動(dòng)噴霧裝置主控制器工作原理

自動(dòng)噴霧裝置在正常工作期間，電磁閥處于開(kāi)啟的狀態(tài)，會(huì)根據(jù)設(shè)定自動(dòng)進(jìn)行噴霧來(lái)降塵，在傳感器發(fā)射和接收到前方有物體阻隔后，探頭內(nèi)部的電壓信號(hào)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化，將信號(hào)反饋給主控制器，從而使驅(qū)動(dòng)電磁閥關(guān)閉，停止噴霧作業(yè)，同時(shí)設(shè)定一定的延時(shí)時(shí)間，在到達(dá)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟固態(tài)繼電器，驅(qū)動(dòng)電磁閥開(kāi)啟，進(jìn)行噴霧作業(yè)。自動(dòng)噴霧裝置的具體安裝示意圖如圖3所示。

圖3 自動(dòng)噴霧裝置安裝示意圖

3 防塵自動(dòng)噴霧裝置應(yīng)用效果分析

在某煤礦3號(hào)工作面中驗(yàn)證自動(dòng)噴霧裝置的效果，對(duì)幾個(gè)主要測(cè)塵點(diǎn)進(jìn)行濃度監(jiān)測(cè)，并對(duì)使用自動(dòng)噴霧裝置和未使用自動(dòng)噴霧裝置的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

從表2中可以看出，在割煤作業(yè)中，使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度可從13.5 mg/m3降低到7.0 mg/m3，比未使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度降低約48.14%，在移架作業(yè)中，使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵濃度約4.7 mg/m3，而未使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度約12.4 mg/m3，在放煤作業(yè)中，使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度約6.0 mg/m3，而未使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度可達(dá)13.6 mg/m3，在工作面回風(fēng)巷，使用自動(dòng)噴霧裝置比不使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度約降低50.37%。通過(guò)對(duì)各個(gè)主要塵點(diǎn)的監(jiān)測(cè)可見(jiàn)，各測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度都大大降低，降塵效果較好。

表2 各測(cè)點(diǎn)粉塵濃度對(duì)比

4 結(jié)論

1）通過(guò)調(diào)節(jié)霧體作用范圍和水滴運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到降塵的目的，采用自動(dòng)噴霧裝置，在割煤、移架、放煤作業(yè)中，能很好地控制工作面內(nèi)的粉塵濃度。

2）對(duì)工作面上幾個(gè)主要塵點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，使用自動(dòng)噴霧裝置測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度比未使用自動(dòng)噴霧裝置測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度低，平均降幅達(dá)50%，降塵效果較好。