采掘工作面膠帶輸送機(jī)水煤隱患解決對(duì)策的研究

晉紀(jì)巖

（冀中能源峰峰集團(tuán)新屯礦，河北 邯鄲 056201）

一、“水煤”隱患的主要危害

大多數(shù)斜井使用皮帶機(jī)進(jìn)行送輸原煤，因此皮帶機(jī)在煤礦生產(chǎn)中使用較多。在原煤運(yùn)輸過(guò)程中，水煤事故經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致皮帶出現(xiàn)皮帶跑偏，造成停車及淹埋機(jī)尾的安全隱患。此外，在實(shí)際生產(chǎn)中處理事故需要投入大量人力，更甚者帶入煤倉(cāng)內(nèi)極易發(fā)生串倉(cāng)事故，淹埋設(shè)備或人員，造成人員傷亡事故發(fā)生。

針對(duì)此隱患，我們通過(guò)研究分析，專門制作水煤識(shí)別及噴灑處理的系統(tǒng)，來(lái)處理皮帶上的水煤，從而避免水煤的危害影響。水煤處理裝置是通過(guò)噴灑一種高分子吸水性樹(shù)脂來(lái)達(dá)到處理水煤的目的。高分子吸水性樹(shù)脂具有高吸水率，能吸收自身重量數(shù)百倍的水離子，吸水速率高，每克吸水性樹(shù)脂可以在短時(shí)間內(nèi)吸收百克水離子，并且安全無(wú)毒無(wú)刺激，能夠有效的對(duì)皮帶上的水煤進(jìn)行處理，防止造成水煤的危害。

二、水煤識(shí)別裝置的研究與設(shè)計(jì)：

（一）煤水分測(cè)量識(shí)別方法

微波水分測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)新興的一門新測(cè)量技術(shù)，它是基于微波電子學(xué)和微波測(cè)量技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，其應(yīng)用都是低功率的，屬于微波能領(lǐng)域。

微波與無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光一樣都是電磁波，頻率為300MHz-300KMHz，在電磁波譜中位于紅外線與無(wú)線電之間，因?yàn)槲⒉l率比一般的無(wú)線電波頻率高，通常也稱為＂超高頻電磁波＂，其波段為所有無(wú)線電波中波長(zhǎng)最短的波，它穿透能力比較好，非常適合實(shí)時(shí)無(wú)損檢測(cè)。顆粒大小和環(huán)境等因素對(duì)微波法測(cè)量水分含量影響較小，可在相對(duì)惡劣環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)，該方法檢測(cè)速度快，靈敏度高，比較適合實(shí)時(shí)在線測(cè)量的特點(diǎn)。因此微波煤水分測(cè)量技術(shù)是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)獲取煤水分含量的重要手段，具有識(shí)別準(zhǔn)確，測(cè)量精度高的優(yōu)勢(shì)。

（二）水煤識(shí)別裝置硬件設(shè)計(jì)

水煤識(shí)別裝置硬件系統(tǒng)由水煤識(shí)別模塊、數(shù)字信號(hào)處理單元組成。

1.微波測(cè)量模塊

微波測(cè)量模塊由微波信號(hào)源、定向耦合器、隔離器、微波接收檢測(cè)電路等組成。微波信號(hào)源加電后可產(chǎn)生頻率為9.7GHz 的固定射頻信號(hào)，所產(chǎn)生的射頻信號(hào)經(jīng)定向耦合、隔離由發(fā)射器發(fā)射出去。發(fā)射器傳出的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)被測(cè)物體后被接收器接收后送入微波接收檢測(cè)電路，所接收的信號(hào)經(jīng)接收模塊放大后檢波，檢測(cè)到的電平信號(hào)由接收模塊送入數(shù)字信號(hào)處理單元。

接收器將接收到的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，數(shù)字信號(hào)處理單元通過(guò)采集該信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)含水率的處理。

2.數(shù)字信號(hào)處理單元

輸送帶的輸送速率和現(xiàn)場(chǎng)條件決定了數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)硬件的設(shè)計(jì)具有較高的要求。精確的處理信號(hào)是進(jìn)行含水率分析和處理的基礎(chǔ)。因此，本系統(tǒng)采用TMS320F2812 芯片作為數(shù)字信號(hào)處理單元，TMS320F2812 采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、硬件乘法器、8級(jí)流水線和專用的信號(hào)處理的尋址方式，極大地提高了實(shí)時(shí)處理能力。

（三）水煤識(shí)別裝置軟件設(shè)計(jì)

1.測(cè)量信號(hào)與含水率關(guān)系的確定

微波測(cè)濕模塊發(fā)生的頻率固定在9.7GHz。本裝置采用80 次/s的采樣頻率在輸送帶上連續(xù)采樣400 個(gè)數(shù)據(jù)，通過(guò)距離大約為5 m。通過(guò)定量采樣分析數(shù)據(jù)與微波衰減的關(guān)系，對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到含水率m 與輸出電壓v 的邏輯關(guān)系。

2.信號(hào)處理單元的軟件設(shè)計(jì)

輸送帶工作過(guò)程處于復(fù)雜的電磁環(huán)境中，因此，必須設(shè)計(jì)一個(gè)符合實(shí)際的高通濾波器以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。信號(hào)處理單元還要通過(guò)軟件補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除輸送帶上煤流表層反射對(duì)裝置測(cè)量產(chǎn)生的影響，通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理得到含水率信息并能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警，同時(shí)要求檢測(cè)裝置每隔1s顯示含水量數(shù)據(jù)。

三、高吸水性數(shù)值的吸水機(jī)理

高吸水性樹(shù)脂最初階段的吸水是通過(guò)毛細(xì)管吸附和分散作用實(shí)現(xiàn)的。接著，水分子通過(guò)氫鍵與樹(shù)脂的親水基團(tuán)作用，離子型的親水基團(tuán)遇水開(kāi)始離解，陰離子固定在高分子鏈上，陽(yáng)離子為可移動(dòng)離子。隨著親水基團(tuán)的進(jìn)一步離解，陰離子數(shù)目增多。離子間的靜電斥力增大，使樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。同時(shí)為了維持電中性，陽(yáng)離子不能向外部溶劑擴(kuò)散，導(dǎo)致可移動(dòng)陽(yáng)離子在樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的濃度增大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓隨之增加，水分子進(jìn)一步滲入。隨著吸水量的增大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零，并且隨網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張其彈性收縮力也在增加，逐漸抵消了陰離子的靜電斥力，最終達(dá)到吸水平衡。

四、水煤處理裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)噴灑材料的選擇進(jìn)行水煤識(shí)別與處理裝置的設(shè)計(jì)，水煤識(shí)別與處理裝置，主要由機(jī)架、檢測(cè)裝置、控制器、電磁閥、吸水性樹(shù)脂儲(chǔ)存器、輸送管、出料口組成。

機(jī)架橫跨于皮帶機(jī)上方，機(jī)架兩側(cè)與皮帶機(jī)固定；吸水性樹(shù)脂儲(chǔ)存器下部通過(guò)輸送管連接有出料口，吸水性樹(shù)脂儲(chǔ)存器和輸送管固定于機(jī)架中部，出料口朝向皮帶；輸送管與吸水性樹(shù)脂儲(chǔ)存器連接處下方設(shè)置有電磁閥，吸水性樹(shù)脂儲(chǔ)存器上部。電磁閥設(shè)置于輸送管上端以方便精準(zhǔn)的控制開(kāi)啟時(shí)間，以此調(diào)節(jié)吸水性樹(shù)脂的噴灑量。

五、結(jié)束語(yǔ)

水煤識(shí)別及處理系統(tǒng)在峰峰礦區(qū)新屯礦14275 工作面第一臺(tái)皮帶機(jī)安裝以來(lái)，使用效果明顯。皮帶上有水煤時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行噴射，使流體狀變成膠泥狀。從源頭上主動(dòng)杜絕水煤形成，有效杜絕水煤的形成，確保皮帶機(jī)安全運(yùn)輸。