綜采工作面注水降塵+紅外線自動(dòng)灑水降塵研究

周云飛

（長(zhǎng)治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心，山西 長(zhǎng)治 046000）

煤礦井下綜采工作面是煤礦開采的主要作業(yè)和施工現(xiàn)場(chǎng)，基于機(jī)械化作業(yè)程度的增大，綜采工作面已成為主要的產(chǎn)塵源，粉塵問題較為突出。各煤礦以往在綜采工作面采用的防塵降塵措施和技術(shù)都已無(wú)法有效降低粉塵濃度，粉塵濃度超標(biāo)嚴(yán)重，并造成巨大危害，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：長(zhǎng)期工作在高濃度粉塵環(huán)境中可導(dǎo)致塵肺??；高濃度粉塵環(huán)境在特定條件下可發(fā)生燃爆；粉塵沉積在開采機(jī)電設(shè)備上可導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)；綜采工作面粉塵濃度過(guò)高會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理，降低開采效率。因此對(duì)綜采工作面進(jìn)行防塵和降塵研究是非常有必要的。長(zhǎng)治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心受東瑞煤業(yè)公司委托，對(duì)該公司綜采工作面進(jìn)行紅外線自動(dòng)灑水降塵研究，希望進(jìn)一步改善粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)煤礦的高產(chǎn)高效安全開采。

1 綜采工作面粉塵治理現(xiàn)狀分析

東瑞煤業(yè)公司綜采工作面粉塵濃度較高，煤塵具有爆炸性，必須進(jìn)行防塵降塵處理。東瑞煤業(yè)以往主要采用過(guò)注水預(yù)濕煤體降塵、調(diào)整采煤機(jī)結(jié)構(gòu)降低截割產(chǎn)塵、采煤機(jī)內(nèi)外噴霧、高壓外噴霧、支架噴霧、負(fù)壓引射降塵、注水降塵+二次負(fù)壓降塵等多種防塵降塵處理作業(yè)，但整體來(lái)看，單獨(dú)采用以上各種技術(shù)方案進(jìn)行防塵降塵在實(shí)踐應(yīng)用中問題較多，防塵降塵效果不佳，粉塵濃度超標(biāo)嚴(yán)重。針對(duì)這一情況，長(zhǎng)治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心通過(guò)市場(chǎng)技術(shù)調(diào)研，結(jié)合東瑞煤業(yè)公司綜采工作面施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，提出了注水降塵+紅外線自動(dòng)灑水降塵的方案，并進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用。

2 綜采工作面紅外線自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)分析

針對(duì)煤礦綜采工作面的粉塵情況，提出采用紅外線自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)進(jìn)行治理。該系統(tǒng)主要包括電路控制部分、噴霧水路部分、紅外監(jiān)控自動(dòng)噴霧系統(tǒng)部分、架間紅外自動(dòng)噴霧系統(tǒng)部分。電路控制主要由PLC 主機(jī)、紅外傳感器、壓力傳感器、本安型穩(wěn)壓電源、電動(dòng)球閥、遙控發(fā)送器、遙控接收器、無(wú)線發(fā)射器等組成；噴霧水路主要由高壓膠管、水質(zhì)過(guò)濾器、高效噴頭等組成；紅外監(jiān)控自動(dòng)噴霧系統(tǒng)（如圖1）主要由手動(dòng)開關(guān)、架前噴霧組、架后噴霧組、電磁閥、水源、控制器、紅外探頭等組成；架間紅外自動(dòng)噴霧系統(tǒng)（如圖2）主要由紅外線監(jiān)控器等部件組成。

圖1 紅外監(jiān)控自動(dòng)噴霧系統(tǒng)示意圖

圖2 架間紅外自動(dòng)噴霧系統(tǒng)圖

當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，采煤機(jī)上的遙控發(fā)送器掃描支架上安裝的遙控接收器產(chǎn)生信號(hào)，該信號(hào)反饋到主機(jī)，主機(jī)自動(dòng)控制電動(dòng)球閥供水噴霧進(jìn)行作業(yè)。

3 工業(yè)性試驗(yàn)

3.1 工程概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)古縣東瑞煤業(yè)位于臨汾市古縣北平鎮(zhèn)前窯溝自然村北，井田面積4.871 3 km2，保有儲(chǔ)量2698 萬(wàn)t，批準(zhǔn)開采煤層為2#～9#，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60 萬(wàn)t/a。2101 綜采工作面開采2#煤層，煤層厚度為1.12～2.95 m，煤層平均厚度為1.4 m。2#煤層火焰長(zhǎng)度5 mm，加巖粉用量10%，煤塵具有爆炸性，必須控制粉塵濃度。

3.2 紅外線自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)的安裝應(yīng)用

對(duì)于2101 綜采工作面，在采用注水預(yù)濕煤體降塵的基礎(chǔ)上，再次使用紅外線自動(dòng)灑水降塵。在2101 綜采工作面的10～44 架安設(shè)紅外線自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)，35 套主機(jī)安裝在每個(gè)支架四連桿上，35套接受器主要安裝在每個(gè)支架兩中柱之間閥組靠上500 mm 位置處，35 套電動(dòng)閥安裝在每個(gè)支架前梁平面截止閥上，35 套壓力傳感器安裝在每個(gè)支架閥組后位置處，1 個(gè)發(fā)射器安裝在機(jī)組調(diào)高閥組位置處。在采煤機(jī)進(jìn)行割煤作業(yè)時(shí)，必須將上風(fēng)側(cè)滾筒上方3 架噴霧和下風(fēng)側(cè)滾筒上方5 架噴霧裝置打開，壓力傳感器控制支架降架和移架時(shí)的噴霧打開。

3.3 效果分析

為掌握2101 綜采工作面應(yīng)用“注水降塵+紅外線自動(dòng)灑水降塵”效果，2021 年6 月起對(duì)2101綜采工作面采煤機(jī)司機(jī)處、移架司機(jī)處、回風(fēng)巷12～14 m 位置、采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)12 m 位置設(shè)置粉塵濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 2101 綜采工作面注水降塵+紅外線自動(dòng)灑水降塵測(cè)定結(jié)果

同時(shí)該煤礦2103 綜采工作面采用“注水降塵+二次負(fù)壓降塵”，從2021 年6 月起對(duì)2101 綜采工作面采煤機(jī)司機(jī)處、移架司機(jī)處、回風(fēng)巷12～14 m位置、采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)12 m 位置設(shè)置粉塵濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 2103 綜采工作面注水降塵+二次負(fù)壓降塵測(cè)定結(jié)果

從表1 可知，對(duì)于2101 綜采工作面，在采煤機(jī)司機(jī)處、移架司機(jī)處、回風(fēng)巷12～14 m 位置、采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)12 m 位置，注水降塵+紅外線自動(dòng)灑水的總塵和呼吸塵的降塵率基本保持在85.3%～92.5%之間。從表2 可知，對(duì)于2103 綜采工作面，在采煤機(jī)司機(jī)處、移架司機(jī)處、回風(fēng)巷12～14 m 位置、采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)12 m 位置，采用以往注水降塵+二次負(fù)壓降塵的降塵率基本保持在78.3%～82.5%之間。結(jié)果表明：注水降塵+紅外線自動(dòng)灑水降塵的總塵和呼吸塵的降塵率明顯高于注水降塵+二次負(fù)壓降塵，降塵效果更為顯著。

從表2 可知，在2103 綜采工作面應(yīng)用原注水降塵+二次負(fù)壓降塵過(guò)程中，采煤機(jī)司機(jī)處降塵率較其他位置要高，降塵效果要強(qiáng)，采用煤層注水降塵時(shí)，距離工作面越近，降塵效果越好，距離工作面越遠(yuǎn)，降塵效果越來(lái)越差。但采用注水降塵+紅外線自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)可有效解決該問題，當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)到環(huán)境中的粉塵濃度超標(biāo)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行噴灑降塵作業(yè)，并實(shí)施實(shí)時(shí)的監(jiān)控，可有效解決該難題。在2101 綜采工作面當(dāng)中，各位置處降塵效果均較好。在2101 綜采工作面中應(yīng)用注水降塵+紅外線自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)，可有效降低環(huán)境粉塵濃度，保障煤礦生產(chǎn)的安全性和可靠性。

4 結(jié)論

在分析東瑞煤業(yè)綜采工作面粉塵治理的措施和存在的問題后，提出了應(yīng)用注水降塵+紅外線自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)的治理方案。2101 綜采工作面應(yīng)用效果表明：各處總塵濃度降低至55.2 mg/m3以下，降塵率達(dá)87.2%以上，呼吸塵濃度降低至25.1 mg/m3以下，降塵率達(dá)85.3%以上，粉塵治理效果顯著。紅外線自動(dòng)灑水降塵系統(tǒng)的應(yīng)用有效降低了環(huán)境中的粉塵濃度，降低了工人吸入的粉塵量，保障了工人的身體健康，同時(shí)有效破壞了粉塵爆炸的條件，消除了粉塵爆炸的危險(xiǎn)性，為東瑞煤業(yè)公司創(chuàng)造了較好的效益。