煤礦掘進機自動旋轉泡沫除塵裝置的設計

趙雷濤

（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司寺河礦，山西晉城 048000）

0 引言

在巷道掘進的過程中，礦用掘進機發揮著十分重要的作用，它主要是利用行走機構來不斷向前推進，促使截割部可以對煤體進行破碎，在該過程中掘進機會產生較多的粉塵。為了使作業面的粉塵濃度不斷降低，在掘進機運行的過程中應當啟動內外噴霧設備。內、外噴霧裝置分別安裝于截割部的內部及上部，內噴霧設備主要是在截齒破碎時對煤體進行接觸式降塵，外噴霧設備則是針對作業面的飛揚粉塵。但是在掘進的過程中，因外噴霧設備不具有過大的噴霧斷面，在工作時極易產生較大的淋水量，且極易受到粉塵濃度的影響，因此該設備極易產生故障問題，拆卸及維護工作也存在較大的難度，因此無法達到較好的除塵效果，不能實現巷道掘進降塵的需求。如晉煤集團寺河礦應用的EBZ-220型綜掘機在實際應用中就出現過上述情況。

晉煤集團寺河礦東井區南輔運/膠帶巷位于溝東村以北，常店村以西，棗樹腰村以東。地面標高：+650～+720 m，工作面標高：+330～+428 m，蓋山厚度：292～320 m。東為6302措施一巷、二巷（已掘），南無采面和巷道布置，北為63021巷（未掘），西無巷道和采面布置。東井區南輔運/膠帶巷施工工程量為3 866 m，巷道設計斷面規格5.0 m 4.0 m（寬高），連采二隊采用EBZ-220型綜掘機破巖過斷層，在掘進過程中工作面會出現濃度較高的粉塵，為了使作業面的粉塵量持續減少，此時可以利用內、外噴霧設備來開展減塵及降塵的工作，但是因外噴霧裝置處于截割部中，其噴霧斷面較小、淋水量較大，極易發生運行故障，導致設備無法取得較好的降塵效果，通過對掘進前期進行分析可知，外噴霧設備在實施降塵作業之后，掘進區域依舊存在較高的粉塵濃度，其能見度將會低于10 m，對掘進工作的穩定性造成較大的影響。基于此，為了這一技術問題得到有效的處理，連采二隊通過進行研究，設計出了一種自動旋轉除塵裝置[1]。

1 除塵裝置構成和原理

1.1 裝置結構

自動旋轉泡沫除塵設備的構成部分主要有電控液閥、聯鎖開關、高壓螺旋噴頭等，如圖1所示。

圖1 泡沫除塵裝置結構示意圖

粉塵濃度監測系統的構成主要有粉塵濃度傳感器、監控分站等，該傳感器安裝于截割部的上端，其作用主要是監測作業面的粉塵濃度，動作保護值設定為30～60 mg/m3。

PLC控制器可以與粉塵濃度檢測體系、聯鎖開關相連接，其作用主要是收集與處理監測系統所監測的粉塵濃度數據，同時向聯鎖開關下發相應的指令。

聯鎖開關主要與電控液閥及掘進機的開關相連接，其作用在于使電控液閥可以得到充足的電能，聯鎖開關在掘進機運行的過程中會接通電源；電控液閥可以與靜壓水管及泡沫生產器相連接，當電控液閥通電之后，其閥門會自動開啟，由此來供給靜壓水[2]。

泡沫生產器的構成主要有水管、主機等，在主機中添加四氟乙烯化學物，該物質遇到水分之后可以利用生產器來產生較高濃度的泡沫，之后在壓風的作用下利用高壓螺旋噴頭噴灑出來。該噴頭總共有3個，其主要安裝于截割部的上端，各個噴頭保持1.2 m的距離。

1.2 運行原理

在作業過程中，當粉塵的濃度大于一定的數值之后，傳感設備將會把相應的數據信息傳送到監控站，在經過相應的轉換之后，該數據電信號傳輸到PLC控制器[3]。當數據信息傳輸到PLC控制器之后，該控制器可以對信號進行相應的處理，并向聯鎖開關下達“啟動”的指令，從而使電控液閥可以及時連通電源。電控液閥在接通電源之后，靜壓水管的閥門將會自動開啟，同時可以為泡沫的生產容器提供水源，在設備及靜壓水的控制下，該生產容器將會形成較多的泡沫，并利用相應的噴頭噴灑出來，以取得較好的除塵效果。當截割部的粉塵濃度處于30～60 mg/m3時，工作中形成的各個數據將會利用傳感設備傳輸到監控中心，并進行相應的處理，以電信號的形式傳送到PLC中，當控制器接收到信號之后，就會向聯鎖開關傳輸“關閉”的指令，此時電控液閥將會出現斷電問題，除塵工作自動停止[4]。

2 優勢分析及應用效果

2.1 優勢分析

（1）不需要較高的成本。該設備的配置較為簡單，操作及維護工作較為簡便，并且一整套設備僅僅只需要1萬多元，遠遠低于其他設備的成本。

（2）具有較高的使用價值。該設備不僅可以應用在礦井掘進面，而且可以應用于化工、隧道等領域內，其適用范圍較廣，使用價值較高，在各個領域都取得了廣泛應用[5]。

（3）具有較高的自動化水平。與一般的除塵設備相比，該設備所發揮的控制作用主要是利用PLC來實現，基于作業面粉塵的不同濃度來自動實現啟動與關閉，不需要安排人員值班，這就極大節約了人力成本、降低了工人的作業量[6]。

（4）具備較高的標準化水平。與普通的噴霧設備相對比，該設備主要是運用泡沫來實現除塵的目的，可以極大改善一般噴霧裝置存在較大積水量的問題，促使工作面開展的掘進工作具備較高的標準化水平。

（5）具備較好的除塵效果。傳統裝置大多是利用高壓水霧的吸附作用來實現除塵目的，由于受到多種因素的影響，這些傳統設備無法取得較好的除塵效果；而泡沫除塵設備則是利用化學泡沫來吸附粉塵，這種顆粒具有較多的優勢，如較強的吸附性、較大的粒徑等等，可以與粉塵顆粒根據一定的比例來進行吸塵，具備較好的除塵效果[7]。

2.2 應用效果分析

寺河礦東井區南輔運/膠帶巷在掘進到相應的距離之后，連采二隊對其所使用掘進機的外噴霧裝置進行了改良，并增加了自動旋轉泡沫除塵設備，經過7個月的應用發現，該設備不僅極大地增強除塵工作的自動化程度[8]，降低靜壓水的流失量，而且可以提升該設備的除塵效果，確保掘進過程中粉塵濃度始終小于34 mg/m3，增加可見度。

3 結束語

煤礦掘進機自動旋轉泡沫除塵裝置具有較好的除塵效果，通過在掘進機上應用該裝置，不僅可減少人工除塵作業量，降低人工作業成本，而且可顯著降低掘進機掘進作業中產生的粉塵濃度，大幅降低工作面粉塵濃度，更好地保障礦井安全生產。經實際應用驗證，此裝置值得后期推廣與應用。