鎮城底礦皮帶巷綜合防塵技術及裝備研制

李永紅

（山西西山煤電股份有限公司鎮城底礦，山西 太原 030200）

隨著工業化的不斷發展，粉塵的危害開始逐漸被認識，煤礦粉塵污染問題成為人們關注的重點。巷道煤塵具有產塵量大、塵源分散、粉塵分散度高的特點，嚴重影響安全生產。工作人員長期處于粉塵環境中，會產生塵肺病，嚴重危害身體健康；同時漂浮的粉塵也會對巷道中的儀器設備產生磨損，影響機械的使用壽命；當粉塵濃度過高時，達到爆炸極限范圍，具有粉塵爆炸的危險[1-2]。在煤礦生產環節中，皮帶轉載點位置的產塵是重要塵源之一[3-4]。煤塵受到皮帶牽引流、落煤誘導空氣流和剪切壓縮氣流的影響，會在轉載點處產生大量粉塵[5]。

鎮城底礦主要皮帶巷有5 條，其中布置皮帶轉載點15 個，煤倉、溜煤眼10 個。在轉載和卸載過程中煤塵產塵量較大，導致皮帶巷中粉塵濃度較高。針對實際情況，從噴霧除塵、防塵罩、除塵器三方面考慮，提出了綜合防塵技術和裝備。

1 皮帶巷綜合防塵技術及裝備

1.1 噴霧除塵

（1）噴霧聯動

將聯動法與粉塵傳感功能相結合形成噴霧裝置，可以使設備具有自動控制功能，不僅提高了水資源的利用率，還簡化了操作程序，減少了操作人員，避免了塵肺病的危害。自動噴霧功能是通過連接啟動開關與輸送機來實現的，通過球形閥將噴霧裝置與運輸機聯鎖在一起。具體的操作如下：在輸送機運輸煤塊的過程中，煤塊下落會沖擊球形閥的桿子，帶動球形閥移動打開球閥，此時便實現了自動噴霧功能。該系統結構簡單，操作安全，制造、維修都很簡便，性價比較高。聯動法示意圖如圖1所示。

（2）粉塵濃度超限自動噴霧降塵系統

針對膠帶運輸煤炭過程中煤塵問題，研發了輸煤系統一體化自動噴霧降塵系統。該系統能夠自動檢測設備運轉效率和巷道內粉塵濃度，根據設備適用情況和粉塵濃度調整噴霧流量，實現高效自動噴霧降塵。按照工作面產塵不進后路、后路不進采區、采區不進總回的原則，采取封鎖手段，極大程度地縮小了粉塵污染的范圍。粉塵濃度超限自動噴霧降塵系統在采掘工作面回風流處的應用，使風流中的粉塵濃度在規定值以下，在采區回風巷安裝凈化水幕對風流進行進一步凈化，減少了污染范圍，減少了除塵、擦塵的工作量。

粉塵濃度超限自動噴霧降塵系統主要由粉塵濃度傳感器、執行器（控制箱）、隔爆兼本安多路電源、礦用防爆電磁閥及參數設置遙控發射器等部分組成。

圖1 聯動法示意圖

（3）降塵系統工作原理

① 粉塵濃度傳感器實時監測作業場所的粉塵濃度，并向控制箱發送粉塵濃度信號。控制箱接收到信號后，與設定粉塵濃度值進行比較，若高于設定值，電磁閥自動打開，啟動降塵系統；若低于設定值，則反之。

② 考慮到作業場所人員的移動，設置了自動感應。在噴霧時人員經過，系統會暫時關閉。

③ 考慮到電磁閥在設定值范圍內頻繁開關，設置了一定的回差范圍和延時時間。例如：設置粉塵濃度值為30 mg/m3，上回差固定值為6 mg/m3，延時15 s；下回差固定值設置為8 mg/m3，延時30 s。非噴霧狀態到噴霧狀態的實際切換點在36 mg/m3以上，延時15 s 開始噴霧；反之在22 mg/m3以下，延時30 s 停止噴霧。

④ 在延時時間內，若有新的檢測信號，電磁閥將會重新計時。

（4）降塵系統工作方式

自動噴霧降塵系統工作方式如圖2 所示，該工作方式主要應用于不同的2 個巷道內的噴霧降塵。1臺控制箱下連接2臺粉塵濃度傳感器（A路、B路），每臺粉塵濃度傳感器下又連接2個光控傳感器，1路、2 路為A 組，3 路、4 路為B 組。每一路光控傳感器下連接1 個電磁閥，共4 個，分別對應為：1 路、2 路、3 路、4 路。控制箱以接收到2 臺粉塵濃度傳感器中最大的粉塵濃度值作為控制依據（H=2）。當其中一臺檢測值高于設定值時，系統運行，開始噴霧；當兩臺都低于設定值時，系統關閉，噴霧停止。當A 組中任意1 個光控傳感器檢測到人體信號，A 組就暫時停止噴霧，B 組仍正常運行；當B 組中任意1 個光控傳感器檢測到人體信號，B 組就暫時停止噴霧，A 組仍正常運行。

圖2 自動噴霧降塵系統工作方式示意圖

（5）轉載點移動式半封閉噴霧、旋轉自動噴霧

噴霧的霧化效果取決于噴嘴的質量，好的噴嘴質量，霧化效果更顯著，其降塵效果更佳。在轉載點噴霧系統中采用具有雙頭導流芯的噴嘴。噴嘴芯與噴嘴體的設計為間隙配合，在噴嘴體上設置壓蓋，固定噴嘴芯，此設計便于拆卸清理。在設計中，噴嘴的出口直徑選擇為1.4 mm，噴嘴芯設計為X 形，提高了水流在噴嘴中的旋轉力量，使得水流在高速運動下被噴出，在橫縱向上都獲得了較高的加速度，增大了擴散角，提高了噴霧霧化的程度，降塵效果極佳。

1.2 防塵罩

為了控制空氣環境中懸浮的粉塵范圍，防止粉塵大面積的擴散，封閉系統的設計顯得尤為重要。在皮帶輸煤轉載點處，可以選用局部密閉罩將塵源封閉起來，在轉載點部位形成封閉抑塵系統。局部密閉防塵罩的捕塵原理和安裝示意圖，如圖3 所示。

在各裝載點及卸載點處用風筒布或帆布包起，防止卸載點煤體落下時煤塵飛揚和向外擴散，此外設計了透明全封閉罩，徹底解決裝載皮帶運輸產塵問題。防塵罩體構架使用40 mm×4 mm 角鐵，固定鋼板使用8 mm 厚鋼板。在轉載點處，若落差超過0.5 m，則必須安裝溜槽或導向板。

1.3 除塵器

在煤塵除塵器的選擇上，可以選擇靜電除塵器、袋除塵器和濕式除塵器。上述三種除塵器，結合經濟效益和應用效果的綜合分析，選擇袋除塵器最佳。袋除塵器的使用不受煤塵特性的限制，適合局部的除塵，在現場可以起到很好的除塵效果。

圖3 局部密閉防塵罩的捕塵原理和安裝示意圖

2 應用效果分析

選擇西山煤電股份有限公司鎮城底礦作為應用現場，該煤礦年產量大，礦井通風量也大。現場的試驗設計選擇在主運輸巷道前后兩個轉載點，分別標記為1 號、2 號。該位置的空氣流動速度達到2.7 m/s，膠帶轉速3.8 m/s，帶寬1.2 m，轉載落差0.5 m，靜壓水壓力2.7 MPa。分別在1 號和2 號距轉載點0.5 m、3 m、5 m、10 m 處進行粉塵濃度測量，測量結果如表1、表2 所示。

表1 1 號轉載點測定數據

表2 2 號轉載點測定數據

由表1、表2 可知，八個位置的除塵率都達到了85%以上，1 號5 m 處的除塵率達到了89.03%，2 號3 m 處的除塵率達到了89.01%。實際應用的除塵效果顯著，有效地解決了粉塵污染的問題。

3 結語

西山煤電股份有限公司鎮城底礦皮帶巷綜合防塵技術及裝備，操作簡單安全，簡化了操作程序，降低了勞動力，極大程度地提高了水資源的利用率，真正意義上實現了智能、綠色的噴霧灑水。經過現場實際應用，煤塵得到了較好的控制，各個轉載點處的粉塵明顯降低，能夠較好地解決目前皮帶巷粉塵濃度超限的問題，不但增加了皮帶巷的安全系數，而且能為井下職工創造安全的工作環境。