西曲礦綜采工作面粉塵在線監測自動降塵裝置應用研究

張崇智

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024；2.西山煤電集團西曲礦，太原 030024）

西曲礦綜采工作面粉塵在線監測自動降塵裝置應用研究

張崇智1，2

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024；2.西山煤電集團西曲礦，太原 030024）

針對煤礦綜采工作面降塵效果不理想，無法對工作面現場粉塵濃度進行實時檢測并有效降塵的情況，提出了應用ZP-127型粉塵在線監測自動降塵裝置，對現場粉塵濃度自動分析，并且當粉塵濃度超過一定限值后進行自動噴霧降塵措施。該系統在山西西曲煤礦18502綜采工作面試用后的降塵效果較為明顯，大大減少了現場粉塵濃度，使工人工作環境得到了顯著改善。

粉塵；在線監測；降塵裝置；降塵效果

粉塵是我國煤礦五大災害之一，現今隨著我國煤礦機械化水平的不斷提高以及勞動強度的不斷增大，粉塵危害更加嚴重。據統計，我國每年有5.7萬人患上塵肺病，因塵肺病死亡的人數則有6 000左右，是安全事故死亡人數的2倍[1]。尤其綜采工作面煤塵問題一直較為嚴重，使得綜采工作面勞動衛生條件十分惡劣，嚴重威脅一線工人的身體健康和煤礦的生產安全[2]。因此，綜采工作面粉塵的治理迫在眉睫。

本文提出在煤礦綜采工作面引入ZP-127型粉塵在線監測自動降塵裝置，并在山西西曲煤礦進行試用后，現場降塵效果明顯。

1 西曲礦工作面概況

西曲礦18502綜采工作面上覆為2、3號煤12501、12502及4號煤14501、14502采空區，煤層厚度為3.85～4.22 m，工作面正、副巷長度約為1 610 m，巷道凈斷面為14.7 m2，所采煤層為8號煤，煤塵爆炸指數為23.21%。為了改善18502綜采工作面的作業環境，礦井采取了凈化水幕、轉載點噴霧、捕塵網、人工控制的噴霧等措施進行降塵，但由于人工控制的噴霧霧化效果差，噴水量大，作業時影響操作人員視線，易淋濕作業人員衣服，使煤的水分增加較大，影響煤質，因此在作業現場得不到良好的降塵效果，嚴重影響工作面采煤工作的正常進行，損害工作面機器的使用年限和工人們的身體健康。并且高濃的粉塵存在極高的爆炸危險性，無法保障煤礦正常安全生產。因此，綜采工作面粉塵在線監測自動降塵裝置的應用研究工作亟待進行。

2 ZP-127型粉塵在線監測自動降塵裝置

2.1 ZP-127型粉塵在線監測裝置的構成

CGC1000型粉塵濃度識別裝置是整套粉塵在線監測監控系統的核心，它在原有的電路系統上進行了有效對接和改進。整套系統的主機部分采用了進口工業級PLC智能控制器，具有時鐘功能，可以按照需要的時間表計時運行，精確到秒時間，控制精確無誤，具有集成電路一體化傳感器，高可靠性電磁閥，多種措施并舉，確保裝置能夠長期連續工作而無故障；包括了粉塵濃度自動分析系統、濃度超限報警系統、自動噴霧系統和地面監測遠程控制系統組成，可實現遠距離粉塵在線實時監測監控。整個裝置系統可以預先設置粉塵濃度標準，通過對工作面粉塵濃度進行在線監測，當工作面粉塵濃度達到或超過所設定的標準時，會產生超標警報，并自動噴霧降塵，直到粉塵濃度降到標準以下。地面遠程監控系統可以監控井下警報及噴霧狀態，如果噴嘴噴霧不及時，可以通過電信號通知井下人員人工打開噴霧設施，實現對粉塵的及時治理。

2.2 ZP-127型粉塵在線監測裝置的工作原理

ZP-127型粉塵在線監測自動降塵裝置，具有智能化、自動化的特點，其噴霧降塵系統中如噴霧數量、光控傳感器接收距離、粉塵自動分析傳感器分析濃度范圍及設定時間等技術參數可以根據工作面實際情況自主設置，系統根據已設定的參數進行程序化工作，以達到最好的除塵效果。當環境粉塵濃度大于粉塵傳感器設置報警值時，粉塵濃度傳感器輸出報警信號通過控制主機開啟降塵裝置開始噴霧降塵，此時當光控傳感器前方5 m內有人走動時，光控傳感器輸出高電平，主機接收到信號后電動球閥斷開，馬上停止，避免淋濕行人，當行人離開后如粉塵濃度仍超標則繼續噴霧。

3 在線監測裝置在工作面的應用

為了改變18502綜采工作面高濃度的粉塵環境，實現工作面的粉塵在線監測并根據粉塵濃度實行自動噴霧降塵措施，保證工人們的安全生產和身體健康，西曲礦在18502綜采工作面別安裝應用了結合GCG1000型粉塵傳感器的ZP-127型自動噴霧的粉塵在線監測自動降塵裝置。設置裝置的噴霧參數為噴霧壓力≥8 MPa；每個噴嘴噴霧流量約為7 L/min；總流量大約為84 L/min；在1 m/s風速條件下，有效射程≥4 m；ZP-127型粉塵在線監測自動降塵裝置在工作面巷道內的具體安裝布置，見圖1。

其中，安裝過程中的注意問題包括：

a.噴桿應緊貼巷道上壁，噴頭應該迎風向向下成30°～45°（可以根據風速的大小調整角度）。

b.粉塵傳感器一般采用吊掛的方式安裝在噴霧裝置上風測10～20 m處的巷道壁上（可以根據風速的大小調整距離，以無水霧飄到粉塵傳感器上為準），位置在距離地面三分之二的巷道高度；要求粉塵傳感器抽風口與風向一致且不可傾斜，以免影響測量的精度。

c.主機應懸掛在噴霧裝置上風側1～3 m的巷道側壁上。

d.人體紅外光控傳感器應水平且與巷道壁成90°角安裝在噴霧裝置上風側5～6 m的巷道側壁上，下風側9～10 m的巷道側壁上，距離巷道底板在1.3～1.5 m為宜。

e.電磁閥應安裝在巷道側壁上。

設備元件連接方式，見圖2。

4 工作面的降塵效果

在該設備安裝前，僅采用常規除塵措施，該工作面粉塵全塵濃度常年保持在962 mg/m3左右，粉塵濃度無法得到有效的控制。該裝置安裝后在下隅角，采煤機前十米處，采煤機司機位置，采煤機后10 m處，上隅角位置距離地面約1.5 m的高度嚴格按照測塵步驟進行粉塵濃度采樣測量得出，在采用ZP-127型粉塵在線監測自動降塵裝置后，當濃度超過設定值10 mg/m3以上時能迅速啟動降塵噴霧系統進行噴霧降塵，降塵效率高達90%以上，實現了實時在線自動跟蹤降塵的目標，能夠確保工作面作業環境中的粉塵濃度低于該設備設定的粉塵濃度。

5 結論及建議

通過在18502綜采工作面使用ZP-127型粉塵在線監測自動降塵裝置，實現了在綜采工作面實時在線監測跟蹤并進行自動噴霧降塵的措施，隨著此技術的逐步更新改進，可以逐步的取代原有除塵設施，不僅有效解決了綜采工作面生產期間粉塵濃度超標的難題，更簡化了礦井除塵系統，大大節約了煤礦除塵工作的費用，對于改善工作面作業環境，防治塵肺病的危害，確保工作面安全生產，間接增加煤礦生產效益起重要作用，有著積極有效的推廣應用價值。然而，對于此系統安裝應用過程中仍舊有一定的問題需要注意，對此提出了相應問題解決的建議：

1）高壓管路接頭的抗壓強度需要進一步加強，當高壓水通過時要切實保證其管路的安全性，防止有崩管現象，造成設備的毀壞，降塵工作的中斷甚至對工人造成人身傷害。

2）由于粉塵在空氣中流動屬于離散相，隨氣流的變化濃度分布差異很大，在采煤機切割不同的位

置時粉塵顆粒在巷道中的運移規律不同，因此要合理選擇粉塵濃度傳感器的安裝位置，確保傳感器接受到的粉塵濃度信號靈敏有效。

3）由于粉塵顆粒大部分為疏水性質，并且粉塵顆粒越小，其比表面積越大，越難被水滴捕捉，因此必須使用高壓泵提高噴霧壓力，提高霧化效果，減小霧粒直徑，保證水霧粒徑在10 μm以下，有效捕捉空氣中的呼吸性粉塵。

4）粉塵在巷道中的逸散范圍越廣，工人接觸粉塵的時間范圍越大，粉塵的爆炸危險性也相應越大，因此必須根據有效控制范圍，及時調整設置位置，盡可能保證噴霧裝置設置在產塵附近10～15 m的范圍內，實現從源頭控制降塵。

5）目前將該裝置只應用在采煤工作面，應用范圍局限性太大，需要進一步改進裝置，增強其適應范圍，如安設在盤區進回風口及皮帶巷、煤庫等裝卸煤點附近，進行全礦井的粉塵在線監測，防治。

6）加強粉塵在線監測系統的巡查標效，并定期開展現場人工粉塵測定值與裝置顯示值的比對調整，保證粉塵在線監測系統能夠正常準確的運行。

[1]鄭莉.我國每年5.7萬名礦工患上塵肺病[J].安全與健康，2011（1）:34-36.

[2]李修磊,程育順,劉福祥.煤礦井下粉塵災害現狀調查[J].山東煤炭科技，2006（5）:17-18.

[3]程學珍,劉玫,王永寶，等.煤礦粉塵檢測與控制技術[J].礦業研究與開發，2008.27（6）:78-79.

[4]張強,秦玉紅.感應式粉塵濃度檢測方法[J].自動化應用，2014（7）:104-106.

[5]田冬梅,蔣仲安,姚建，等.中外粉塵監測技術的比較[J].金屬礦山，2008（7）:116-119.

[6]陳建閣,王杰,吳付祥.交流耦合式電荷感應法粉塵濃度檢測技術研究[J].環境工程，2014（4）:131-134，147.

[7]張濤.激光透射式粉塵儀的微弱信號處理研究[J].機電工程，2011（12）:1453-1456.

Application of On-line Monitoring and Automatic Dust Suppression Device in Fully-mechanized Mining Face in Xiqu Mine

ZHANG Chongzhi1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Xiqu Mine,Xishan Coal&Electricity Group,Taiyuan 030024,China)

Because of poor dust suppression effect in fully-mechanized mining face,real-time monitoring of dust concentration and effective dust suppression cannot be realized on-site.The paper proposes an on-line monitoring and automatic dust suppression device,ZP-127,to automatically study the dust concentration on-site and to conduct some measures as automatic spray and aspirating after the dust concentration exceeds the limit.The system was used in No.18502 fully-mechanized mining face in Xiqu mine,which achieved obvious dust suppression effect,reduced the dust concentration,and improved the working environment.

dust;on-line monitoring;dust suppression device;dust suppression effect

TD741

A

1672-5050（2015）01-0019-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.007

編輯：薄小玲

2014-10-23

張崇智（1969-），男，山西神池人，大學本科，在讀工程碩士研究生，工程師，從事礦井通風及安全管理工作。