薄煤層采煤工作面自動(dòng)化噴霧降塵系統(tǒng)推廣與應(yīng)用

苗雄 侯俊才 張鵬飛 劉東

摘 要 隨著礦井產(chǎn)量的增大及機(jī)械化程度的提高，在生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)冗^程中，均可產(chǎn)生大量粉塵。粉塵具有很大的危害性，輕則污染作業(yè)場所工作環(huán)境，引起職業(yè)病，重則可引發(fā)井下煤塵爆炸，直接危及員工的身體健康及生命安全。望田煤業(yè)13108工作面為集團(tuán)公司首個(gè)薄煤層自動(dòng)化采煤工作面，如何提升工作面綜合防塵自動(dòng)化水平，進(jìn)一步降低作業(yè)地點(diǎn)空氣中的粉塵濃度成為我們新的研究課題。

關(guān)鍵詞 薄煤層 礦井 噴霧降塵

中圖分類號：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0031-03

1 礦井概況

1.1 井田概況

1.1.1 位置、面積

望田煤業(yè)位于保德縣城東南6km處腰莊鄉(xiāng)路家溝村、講家溝村、趙家峁村、楊家溝村一帶，行政區(qū)劃隸屬保德縣腰莊鄉(xiāng)管轄。井田地理坐標(biāo)為：東經(jīng)111°06′32″～111°09′11″，北緯38°59′03″～39°00′22″。礦井井田東西長3.94km，南北寬2.43km，井田面積為7.9564km2。

1.1.2 地形、地貌

礦井地處黃河?xùn)|岸，山西黃土高原的西北邊緣，屬低中山區(qū)。井田內(nèi)溝谷切割嚴(yán)重，地形總體南高北低，最高點(diǎn)位于井田西南部，海拔1129.40m，最低點(diǎn)位于井田北部溝谷，海拔906.00m，最大相對高差223.40m。區(qū)內(nèi)大部為黃土覆蓋，以黃土沖溝、峁、梁地貌為主。由于強(qiáng)烈的侵蝕切割，形成多條沖溝，其上游呈“V”字型，下游是“U”字型，雨季時(shí)洪水分別沿各溝谷排出井田。

1.1.3 地面水系

井田主要河流為腰莊河，其位于井田東部，腰莊河發(fā)源于腰莊鄉(xiāng)莊頭和王家里一帶，屬季節(jié)性河流，旱季水量微小，甚至干涸，雨季水量增大。井田內(nèi)其它溝谷只有雨季才有短時(shí)匯水流過，沿溝排泄，輾轉(zhuǎn)匯入腰莊河，于郭家灘匯入黃河，屬黃河流域。

1.1.4 氣象條件

本區(qū)屬典型的大陸性氣候，四季分明，氣候干燥，晝夜溫差大，據(jù)該區(qū)2011-2017年的氣象觀測統(tǒng)計(jì)資料，全年平均氣溫9.8℃，1月份最冷，氣溫-11.6℃，極端最低氣溫為-27℃;七月份最熱，氣溫25℃，極端最高氣溫為38℃。降水期多集中于6～8月，占年降水量的44%～73%，年平均降水量452mm。年蒸發(fā)量在1675mm～1862mm之間，平均為1760mm左右，5～7月之間，月蒸發(fā)量可達(dá)330mm，年蒸發(fā)量約是降水量的4倍。霜凍結(jié)冰期從11月中旬至翌年3月中旬，最大凍土深度1.44m，無霜期180天。3～4月多風(fēng)，風(fēng)力一般在3～4級，最大風(fēng)速21m/s。

1.1.5 瓦斯、自然發(fā)火、煤塵爆炸性鑒定

2018年鑒定結(jié)果：礦井絕對瓦斯涌出量為2.93m3/min，相對瓦斯涌出量為1.18m3/t;絕對二氧化碳涌出量為4.40m3/min，相對二氧化碳涌出量為1.77m3/t，礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井。

1.2 礦井開拓布置

1.2.1 礦井開拓

礦井采用斜井開拓，全井田共布置3個(gè)井筒開采全井田，分別為主斜井、副斜井、回風(fēng)斜井。其中主斜井：落底于13號煤層，斷面為三心拱，凈寬4.0m，凈高3.03m，凈斷面12.42m2，傾角20.5°。延深后井筒長度662m，每隔40m設(shè)有躲避硐室，井筒一側(cè)安裝1000的膠帶輸送機(jī)，一側(cè)按設(shè)檢修道、行人臺階及扶手。擔(dān)負(fù)全礦井提煤和設(shè)備檢修任務(wù)，兼作進(jìn)風(fēng)井及安全出口。副斜井落底于13號煤層，斷面為半圓拱，凈寬5.0m，凈高4.1m，凈斷面17.8m2，傾角19°，長422m，井筒一側(cè)鋪設(shè)600mm的軌道，井口安裝提升絞車，一側(cè)安設(shè)架空乘人器及臺階、扶手。擔(dān)負(fù)全礦井的人員、提矸、下料、設(shè)備等輔助提升任務(wù)，兼作進(jìn)風(fēng)井及安全出口?；仫L(fēng)斜井落底于13號煤層，斷面為半圓拱，凈寬4.5m，凈高4.85m，凈斷面19.65m2，傾角22°，長337m，井筒安設(shè)臺階、扶手，擔(dān)負(fù)礦井的回風(fēng)任務(wù)兼作安全出口。

1.2.2 采區(qū)巷道布置

13#煤層分為2個(gè)采區(qū)，以三條大巷為界，東側(cè)為一采區(qū)，西側(cè)為二采區(qū)。一采區(qū)為單翼采區(qū)，初設(shè)定為依托13#煤層三條大巷布置傾向工作面俯采。由于沖刷帶的影響，設(shè)計(jì)修改為在采區(qū)南部沿13#煤層布置一采區(qū)回風(fēng)上山、一采區(qū)軌道上山及一采區(qū)運(yùn)輸上山三條上山。在一采區(qū)上山中部布置一采區(qū)避難硐室及一采區(qū)變電所。二采區(qū)為雙翼采區(qū)，在采區(qū)中部沿13#煤層?xùn)|西向布置二采區(qū)回風(fēng)下山、二采區(qū)軌道下山及二采區(qū)運(yùn)輸下山。在三條下山下部軌道下山與回風(fēng)下山之間布置二采區(qū)變電所，在二采區(qū)運(yùn)輸及軌道下山之間布置采區(qū)避難硐室，在三條下山底部布置采區(qū)排水泵房及內(nèi)外水倉。

1.3 通風(fēng)系統(tǒng)

全礦井共布置主斜井、副斜井及回風(fēng)斜井三個(gè)井筒，礦井采用中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方式為機(jī)械抽出式，礦井采用兩進(jìn)一回，即主斜井、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)。回風(fēng)斜井安裝2臺FBCDZ-8-№24B型防爆對旋軸流式通風(fēng)機(jī)，一臺工作，一臺備用。每臺風(fēng)機(jī)配2臺250kW礦用防爆型電動(dòng)機(jī)。

1.4 防塵灑水系統(tǒng)

地面消防給水與生活、生產(chǎn)用水合用一個(gè)管路系統(tǒng)。井下消防、灑水采用合流制系統(tǒng)，水源來自處理后的井下排水。井下消防水從礦井水處理站清水池（500m3）經(jīng)主斜井井筒引入井下，主斜井、軌道大巷及運(yùn)輸大巷南段主供水管徑均為Ф159×4.5mm，運(yùn)輸大巷北段、回風(fēng)大巷、采區(qū)下山及順槽供水管徑均為Ф108×4mm。

2 13108工作面基本情況

2.1 工作面位置及四鄰關(guān)系

13108工作面位于一采區(qū)，東部為未開發(fā)區(qū)，西部為講家溝村保護(hù)煤柱及望田煤業(yè)副斜井井底車場保護(hù)煤柱，北部為13104、13105工作面采空區(qū)，南部為一采回風(fēng)上山保護(hù)煤柱;上部為8煤采空區(qū)。

2.2 工作面煤層頂?shù)装?/p>

老頂泥質(zhì)砂巖，厚度4.86～5.75m，平均5.31m，淺灰色中粒泥質(zhì)砂巖，局部方解石充填;直接頂泥巖，厚度3.30～3.75m，平均3.50m，灰黑色泥巖，水平層理，局部夾粉砂巖條帶，中下部夾煤線;直接底砂質(zhì)泥巖，厚度2.20～2.42m，平均2.31m，淺灰色，含沙，泥質(zhì)膠結(jié)，致密。

2.3 煤塵情況

根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳綜合測試中心2017年11月鑒定13#煤層火焰長度>400mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量75%，揮發(fā)分為35.8%，煤塵爆炸性為有爆炸性。

3 13108工作面粉塵的成因及分布

3.1 采煤機(jī)作業(yè)粉塵成因及分布

采煤機(jī)在回采作業(yè)過程中，采煤機(jī)滾筒對煤壁進(jìn)行破煤切割時(shí)，切割過程中會(huì)產(chǎn)生很多煤塵。一般情況下，產(chǎn)生的煤塵的來源有以下幾點(diǎn)：（1）截割破煤時(shí)產(chǎn)生煤塵;（2）落煤被二次截割產(chǎn)生的煤塵;（3）截割后的煤被拋出產(chǎn)生的煤塵;（4）割煤時(shí)由于截齒較鈍，截齒與煤體摩擦產(chǎn)生的煤塵[1]。

3.2 移架作業(yè)粉塵成因及分布

液壓支架移架時(shí)也產(chǎn)生煤塵。移架時(shí)產(chǎn)生煤塵的多少與頂板強(qiáng)度有關(guān)，松軟的頂板產(chǎn)生的煤塵較多，堅(jiān)硬的頂板產(chǎn)生的煤塵較少;與工作面上覆頂板巖層厚度有關(guān)，頂板巖層越厚，產(chǎn)生的煤塵越多;在移架過程中，操作步驟不同產(chǎn)生的煤塵也不相同[2]。

3.3 工作面通風(fēng)對粉塵分布的影響

當(dāng)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)采用逆向風(fēng)流，即工作面煤流方向與風(fēng)流方向相反，工作面的進(jìn)風(fēng)流有揚(yáng)塵的作用，產(chǎn)塵較多;反之順煤流通風(fēng)則產(chǎn)塵較少。同時(shí)，工作面進(jìn)風(fēng)揚(yáng)塵程度還與風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速大，揚(yáng)塵多，反之則少。13108工作面設(shè)計(jì)采用逆煤流方向通風(fēng)，產(chǎn)塵量較大，是工作面粉塵形成的原因之一[3]。

4 13108工作面自動(dòng)降塵系統(tǒng)研制與改造

4.1 研究思路

為及時(shí)完成13108工作面綜合防塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研制與改造工作，望田煤業(yè)成立了以總工程師為組長，通風(fēng)副總為副組長，通防、機(jī)電、信息、生產(chǎn)等相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員為成員的項(xiàng)目科研攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組，攻關(guān)小組多次召開專題會(huì)議，并根據(jù)13108工作面設(shè)備布置情況，與三一重工設(shè)備有限公司、德國瑪珂北京分公司、淄博德貝爾設(shè)備有限公司、濟(jì)南沃爾菲斯設(shè)備有限公司及陜西斯達(dá)防爆安全股份有限公司反復(fù)進(jìn)行探討溝通、調(diào)研、對比綜合防塵設(shè)備、設(shè)施。最終確定以德國瑪珂北京分公司PM32型采煤機(jī)內(nèi)外噴霧自動(dòng)控制及采煤機(jī)隨機(jī)電液控移架自動(dòng)噴霧為主的總控制系統(tǒng)、淄博德貝爾設(shè)備有限公司ZP127型轉(zhuǎn)載噴霧控制系統(tǒng)和濟(jì)南沃爾菲斯ZP127型紅外線自動(dòng)風(fēng)流凈化控制系統(tǒng)為輔助的綜合自動(dòng)化防塵系統(tǒng)總體實(shí)施方案。經(jīng)不斷改進(jìn)，最終在13108工作面建成了以地面調(diào)度遠(yuǎn)程一鍵啟動(dòng)和現(xiàn)場操控臺遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的綜合防塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

4.2 自動(dòng)化降塵系統(tǒng)研制具體方案

4.2.1 采煤機(jī)內(nèi)外噴霧自動(dòng)控制系統(tǒng)

將采煤機(jī)內(nèi)外噴霧控制系統(tǒng)設(shè)置在工作面運(yùn)輸巷采煤機(jī)智能化操控臺處，采煤機(jī)啟動(dòng)前，一鍵啟動(dòng)13108運(yùn)輸巷門子口處的BRW-31.5/10型高壓噴霧泵，噴霧泵聯(lián)動(dòng)采煤機(jī)內(nèi)、外噴霧自動(dòng)開啟，實(shí)現(xiàn)噴霧泵與采煤機(jī)噴霧的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)閉鎖。

4.2.2 移架噴霧自動(dòng)控制系統(tǒng)

在工作面每部液壓支架上安裝PM32型電液控自動(dòng)裝置，在工作面采煤機(jī)中部安設(shè)一個(gè)位置控制傳感器，在采煤機(jī)割煤運(yùn)行過程中，采煤機(jī)位置控制傳感器通過信號傳輸控制采煤機(jī)前、后滾筒上、下側(cè)3部支架移架噴霧自動(dòng)開啟，噴霧時(shí)長30秒，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)對噴霧的隨機(jī)自動(dòng)控制噴灑降塵。

4.2.3 轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧自動(dòng)控制系統(tǒng)

工作面皮帶、溜子、轉(zhuǎn)載機(jī)噴霧采用淄博德貝爾設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZP127型轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧控制裝置，噴霧開關(guān)與皮帶、溜子、轉(zhuǎn)載機(jī)饋電開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)鎖，皮帶、溜子、轉(zhuǎn)載機(jī)啟動(dòng)后，噴霧系統(tǒng)同步自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了噴霧與運(yùn)煤設(shè)備同步聯(lián)動(dòng)開關(guān)噴灑的功能。

4.2.4 巷道風(fēng)流紅外線自動(dòng)控制凈化系統(tǒng)

在13108進(jìn)、回風(fēng)順槽各安設(shè)3道ZP127型紅外線自動(dòng)風(fēng)流凈化水幕控制裝置，凈化水幕兩端各20米位置設(shè)紅外感應(yīng)傳感器，實(shí)現(xiàn)人體紅外感應(yīng)停噴功能，生產(chǎn)期間該裝置處于常噴狀態(tài)，當(dāng)有人員通行時(shí)裝置停噴30秒，當(dāng)人員通過后裝置繼續(xù)噴霧降塵，實(shí)現(xiàn)巷道風(fēng)流粉塵凈化。

5 取得的成效

1.13108工作面自動(dòng)化降塵系統(tǒng)使用前工作面最高粉塵濃度為60mg/m3，自動(dòng)化降塵系統(tǒng)改造應(yīng)用后，工作面粉塵濃度最高為6.5mg/m3，已經(jīng)基本達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)生濃度要求，為員工創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境，保護(hù)了員工的人身安全，降低了塵肺病的發(fā)病率。

2.工作面防塵、降塵系統(tǒng)由現(xiàn)在的一鍵聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)代替了原來的手工開啟操作，實(shí)現(xiàn)了綜合防塵技術(shù)新的突破，為企業(yè)“內(nèi)涵提升，高質(zhì)量發(fā)展”注入了新的活力。

6 結(jié)語

本文對煤礦噴霧降塵系統(tǒng)進(jìn)行了分析，介紹了該系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)與工作特點(diǎn)，并根據(jù)連續(xù)跟蹤，證實(shí)了系統(tǒng)確實(shí)能夠?qū)ΦV井重點(diǎn)粉塵超限區(qū)域起到有效的監(jiān)控和治理，并且運(yùn)行效果良好，值得廣泛推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孟李軍.綜采面無線一體化噴霧降塵系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2020（01）：90-105.

[2] 張浩璐.基于PLC的采煤機(jī)噴霧降塵系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2019（09）：6-8.

[3] 盧劍波.煤礦自動(dòng)化智能噴霧降塵系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2018（07）：140-142.