綜采工作面新型設備降塵技術研究

趙建成

(西山煤電集團公司 斜溝煤礦，山西 興縣 033600)

·試驗研究·

綜采工作面新型設備降塵技術研究

趙建成

(西山煤電集團公司 斜溝煤礦，山西 興縣 033600)

通過利用采煤機割煤和支架移架一套防塵系統(tǒng)全部自動噴霧降塵裝置，對某煤業(yè)有限責任公司2105綜采面的粉塵濃度進行降除，使綜采面粉塵濃度控制在一定范圍內。研究結果表明：目前采用的裝備和防塵技術已不能適應要求，且綜采工作面粉塵濃度嚴重超標，危險較大。對于實現(xiàn)綜采工作面采煤機割煤和支架移架一套防塵系統(tǒng)全部自動噴霧降塵的功能，能夠確保綜采工作面平均降塵率達到40%～60%左右。研究結果對于緩解礦井綜采面危害，保障職工的身體健康和生命安全具有重要意義。

綜采工作面；粉塵治理；紅外線感應遙控噴霧系統(tǒng)

隨著煤礦高產高效和采煤機械化程度的提高，工作面單產大幅度提高。綜采工作面是煤礦井下產塵量最大的作業(yè)場所，嚴重威脅著井下職工的身體健康和生命安全。因此，綜采工作面粉塵防治已成為當前煤礦安全生產的重點工作和難題之一。

為使綜采面粉塵濃度控制在一定范圍內，有必要進行粉塵治理方面的研究，主要通過實現(xiàn)綜采工作面采煤機割煤和支架移架一套防塵系統(tǒng)全部自動噴霧降塵的功能，使得綜采工作面平均降塵率達到40%～60%. 本文從采煤機割煤時滾筒塵源智能跟蹤系統(tǒng)、支架移架自動噴霧系統(tǒng)、采煤機割煤和支架移架自動噴霧合并為一個系統(tǒng)、高效噴霧降塵系統(tǒng)以及系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性方面進行實驗研究。

1 紅外線隨機感應自動噴霧試驗系統(tǒng)設計

1.1 實驗設計方案及原理

主機部分采用MCU微控制芯片，真正實現(xiàn)全自動智能化，采用現(xiàn)場通信技術CAN網處理，實現(xiàn)了單片機多機之間的“對等式”通信，改進了以往使用RS232通信的局限，功能設置采用紅外遙控技術，為現(xiàn)場的操作使用提供了極大的方便。

在使用過程中，電路設計采用了對等式單片機多機CAN系統(tǒng)通信手段，克服了以往的“主從式”多機通信的缺點，實現(xiàn)任意節(jié)點可以既為主機也可為從機，使綜采工作面采樣信號能實時隨動跟蹤控制[1]. 所謂對等式通信，即單片機多機系統(tǒng)中的數(shù)據交換直接存在于任意兩點之間，并不經第三方，由于 CAN是多主方式工作，因此數(shù)據可以在任意時間向網絡任意兩點之間發(fā)送，而不分別主從關系，所以該設計是在CAN控制的單片機通信系統(tǒng)的組成基礎上進行研發(fā)而成。系統(tǒng)的組成原理圖見圖1.

圖1 系統(tǒng)的組成原理圖

系統(tǒng)的發(fā)送過程是將采煤機經過其節(jié)點或液壓支架移動時，通過紅外接收傳感器或壓力傳感器接收到的信號，或對采煤工作面要求跟蹤的噴霧時間、間隔數(shù)量、噴霧數(shù)量等設置數(shù)據經過處理后依照CAN規(guī)范規(guī)定通信格式將數(shù)據寫入CAN控制裝置的發(fā)送緩沖區(qū)內讓另外的節(jié)點接收[2].

硬件電路使用了光電隔離器件，使用本安和非本安二組電源，使系統(tǒng)的抗干擾性能得到有效提高，為了符合煤礦的安全生產要求，應將本安和非本安電路隔離，并且電阻和抗干擾脈沖二極管應接在CAN輸出總線上，使電路的抗干擾性能進一步提高，終端電阻用于通信過程抑制電磁輻射，也用于抗干擾處理和保障通信數(shù)據的正常傳送[3].

獨立的CAN控制器，自動地發(fā)送和接收數(shù)據，不需要MCU的控制，不占用MCU的大量資源，為數(shù)據的及時性和正確性提供有效的保障。

1.2 紅外線感應自動噴霧系統(tǒng)

PZ-127/380型紅外線感應自動噴霧裝置共計129架，其中主機129套安裝在每個支架四連桿上。接收器安裝在每個支架的EEP電控箱上[4，5]. 由于該設備是第一次使用，期間需要經過多次調試處理。電磁閥安裝在主機箱右側環(huán)上，每個支架閥組安裝一個壓力傳感器，機組調高閥組上安裝紅外發(fā)射器。

在采煤作業(yè)時應留有2 min左右時間使機組紅外發(fā)射器對正支架相隔上風側4架及下風側5架進行充分噴霧(時間可控)。機組每往前行進一架，機組前行的方向則增加一架自動噴霧。相鄰3架支架會在壓力傳感裝置控制支架降架和移架時自動噴霧8 s(液壓調控，架數(shù)及時間可調控)[6，7].

紅外線傳感器采用了特定載波的紅外波信號，雖然以往的紅外傳感器也是紅外波，但由于發(fā)射和接收的不是特殊載波，普通光波和人體產生紅外波，所以對接收器的干擾較大，常常會產生誤動作，本次實驗總結了以往經驗，外殼采用澆鋼制造，外形呈80 mm×80 mm方形，堅固耐用，安裝靈活方便，所有設計過程中避免了以往的缺點，使此次實驗得到進一步的完善[8-10].

接收傳感器設計原理和電路框，見圖2.

圖2 接收傳感器電路框圖

傳感裝置的接收部分采用IRM38AP 內含高速高靈敏度PIN光電二極管及低功耗、高增益前置放大IC，采用塑封內屏蔽設計，內含濾波電路系統(tǒng)，在紅外遙控系統(tǒng)中作為接收器使用，使得性能更加穩(wěn)定[11].

2 2105綜采面粉塵濃度現(xiàn)場實測及數(shù)據分析

2.1 綜采面生產條件

山西某煤業(yè)有限責任公司，井田面積144 km2，地質儲量18.39億t，3#煤層地質儲量9.03億t，設計可采儲量4.39億t.

該礦井目前開采3#煤層，3#煤層位于山西組下部，煤層厚度4.6～5.7 m，平均5.03 m，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，煤層結構較簡單，大多含1～2層夾矸。綜采工作面采用走向長壁一次采全高后退式自然垮落綜合機械化采煤法、全部垮落法管理頂板。該項目工業(yè)性試驗地點為2105工作面。

2105綜采工作面東側為1103巷，已掘；北側為1307工作面，正在掘進；南側為1305工作面，未掘進及回采。2015工作面可采走向長度為1 962 m，傾斜長為219.5 m，面積430 659 m2，煤層厚度3.7～5.4 m，平均4.48 m，煤層傾角1°～8°，平均6°，工業(yè)儲量為2 739 680.29 t，可采儲量為2 547 902.67 t，工作面回采率為93%. 該工作面為3#煤一次采全高，工作面平均采高為4.48 m，工作面沿頂、底板推進，循環(huán)進度0.865 m. 根據規(guī)程回采工作面風量計算，遵循以風定產原則。采用四-六制作業(yè)(1個檢修班，3個生產班)，確定循環(huán)方式為日進4個循環(huán)。

工作面采用五巷布置，采用三進二回通風方式，其中21053巷為進風巷、運料巷，21055巷為進風、運料巷，21051巷為進風、運煤巷，21052巷、21054巷為回風巷。

2.2 粉塵濃度現(xiàn)場測試

試驗分4次使用紅外線感應遙控噴霧系統(tǒng)對2105綜采面進行測塵。首先對比紅外線感應自動噴霧系統(tǒng)開啟前后可知，開啟前測定的工作面全塵平均濃度為235.98 mg/m3，呼吸塵平均濃度為54.23 mg/m3，啟用后，工作面全塵濃度分別為133.93 mg/m3、130.32 mg/m3、130.55 mg/m3、132.54 mg/m3，有了明顯下降；呼吸塵濃度分別為22.65mg/m3、24.02 mg/m3、23.18 mg/m3、28.08 mg/m3，下降也很明顯；降塵效果明顯，降塵率在40%～60%.

第一次使用紅外線感應自動噴霧裝置前后全塵濃度測試對比試驗結果見表1. 第一次測塵濃度對比見圖3.

表1 第一次使用前后全塵濃度測定對比表

圖3 第一次測試粉塵濃度對比圖

第二次使用紅外線感應自動噴霧裝置前后全塵濃度測試對比試驗結果見表2. 第二次測塵濃度對比見圖4.

表2 第二次使用前后全塵濃度測定對比表

圖4 第二次測試粉塵濃度對比圖

第三次使用紅外線感應自動噴霧裝置前后全塵濃度測試對比試驗結果見表3. 第三次測塵濃度對比見圖5.

表3 第三次使用前后全塵濃度測定對比表

圖5 第三次測試粉塵濃度對比圖

第四次使用紅外線感應自動噴霧裝置前后全塵濃度測試對比試驗結果見表4. 第四次測塵濃度對比見圖6.

圖6 第四次測試粉塵濃度對比圖

從以上數(shù)據可以看出，無論紅外線感應自動噴霧裝置啟動前后，粉塵濃度在機組后向轉載點處逐漸降低，在轉載點向回風流及工作面濃度開始逐漸增大，這是由于在轉載點處產塵最少，所以轉載點處濃度最低。

表4 第四次使用前后全塵濃度測定對比表

通過使用ZPZ-127/380型紅外線隨機感應自動噴霧裝置，綜采工作面的全塵濃度和呼塵濃度都有明顯的降低，平均降塵在50%左右，有效控制了粉塵濃度。沿著風流方向，粉塵不斷向風流方向和采空區(qū)擴散，司機處粉塵濃度可達到200 mg/m3，在啟動裝置之后，粉塵濃度逐漸下降趨于穩(wěn)定。

3 結 論

通過利用采煤機割煤和支架移架一套防塵系統(tǒng)全部自動噴霧降塵裝置對2105綜采面粉塵濃度進行測試，實驗結果如下：

1) 綜采面80%以上的煤塵是在采煤機采煤過程中產生的。影響粉塵的危害因素很多，如：粒徑、黏附性、爆炸性等，而風流是控制粉塵運動及分布的關鍵因素，通過對粉塵捕集理論進行闡述，分析了ZPZ-127/380型紅外線隨機感應自動噴霧對降塵的影響。最后對噴霧機理進行介紹，得出此套試驗方法在該礦比較適用。

2) 通過此次試驗，可證明ZPZ-127/380型紅外線隨機感應自動噴霧項目技術降塵效果明顯，采煤機司機處粉塵濃度可降至200 mg/m3以下，工作面回風巷粉塵濃度可降至50 mg/m3以下，實現(xiàn)了試驗預期目標，取得巨大的經濟和社會效益。

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Study on Dust Removal Technology with New Equipment in Fully Mechanized Face

ZHAO Jiancheng

The previous equipment and dust control technology can not meet the requirements in No.2105 fully mechanized mining face in a coal mine, dust concentration seriously exceeded, put the work face under great risk. With the application of a set of dust removal system which consists of automatic spray to reduce the dust, the average dust reduction reached 40% to 60%. The results of the study are of great significance in alleviating the hazards in work face and in guaranteeing workers' health and safety.

Fully mechanized coal mining face; Dust control; Ultra-red sensor remote spray system

2016-12-23

趙建成(1987—)，男，山西大同人，2012年畢業(yè)于黑龍江科技學院，主要從事煤礦井下通風管理工作 (E-mail)501824341@qq.com

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1672-0652(2017)01-0046-04