煤礦綜采工作面自動降塵系統設計及應用

李任重

（潞安化工集團有限公司，山西 長治 047100）

1 項目概況

煤礦井下粉塵濃度超標會影響職工的身心健康，同時存在粉塵爆炸等安全隱患。當前煤礦綜采工作面架間噴霧多為扇面式噴霧、集中式噴霧等形式，其缺點是：（1）只對采煤機道至煤壁間粉塵進行噴霧捕捉，人行道處一直處于防塵盲區；（2）噴霧安裝在綜采液壓支架的前上部，不便于維護且受煤壁滑落傷人的威脅；（3）噴霧降塵裝置無法做到對粉塵濃度的自動監測，無法自動啟動設備。

針對以上情況，以二次負壓降塵裝置為基礎設計了一種新型自動降塵系統[1-6]。布置在工作面內的粉塵傳感器對污染地點進行鎖定并對該處區域進行降塵作業，在降低粉塵濃度的同時還能有效提高降塵效率。該裝置在潞安化工集團有限公司五陽煤礦7607 綜采工作面進行了實踐應用。

2 負壓二次降塵裝置的設計及工作原理

基于負壓二次降塵機理設計了新型液壓支架架間噴霧負壓二次降塵裝置。該裝置結構如圖1，主要包括噴嘴、供水管、除塵口、側部吸塵口、后部吸塵口等結構。本裝置利用流體形成的噴霧場和負壓風流場將礦井綜采工作面上風側采煤時產生的粉塵捕集后沉降。降塵噴霧裝置由固吸塵口、水源插口、引射筒、Ⅹ型旋流噴嘴和負壓回收罩等部分組成，可在水平方向360°旋轉。X 型旋流噴嘴，可在綜放工作面煤壁至液壓支架立柱間形成全斷面水霧場，同時在引射筒后部附近形成一個負壓吸塵場，這樣形成的噴霧場（釆煤機道噴霧場）和吸塵風流場（人行道）使粉塵從側部和后部吸塵口吸入，從而避免了液壓支架人行道除塵盲區的出現，實現了采煤工作面全斷面除塵。

3 自動控制系統設計

綜采面采煤機割煤及液壓支架移架時的粉塵濃度較大，噴霧系統無法做到全面降塵控制，部分遺漏粉塵隨風流飄浮無固定地點，但仍對工作面造成污染。針對這一情況，設計了煤礦井下粉塵自動控制系統。

煤礦井下粉塵自動控制系統以二次負壓降塵裝置為終端，用PLC 做操控體系核心，通過粉塵濃度傳感器和人體紅外熱釋傳感器對信號進行采集，采集的信號經A/D 轉換后傳遞給PLC 控制單元。當粉塵濃度傳感器輸出信號超過設定值且需噴霧區域無作業人員時，PLC 發出信號指令，開啟電磁閥，開啟二次負壓降塵裝置；當粉塵濃度傳感器輸出信號超過設定值但是噴霧區域有作業人員時，PLC 發出延時開啟信號指令，等待人體紅外熱釋傳感器檢測到工作人員離開后再進行開啟；當粉塵濃度傳感器檢測到粉塵濃度降到合理范圍內后，二次負壓降塵裝置自動關閉；當粉塵濃度傳感器輸出信號沒有超過設定值時，PLC 發出關閉電磁閥信號。該裝置工作流程如圖2。

圖1 負壓二次降塵裝置結構示意圖

圖2 二次負壓降塵裝置自動降塵系統工作流程圖

4 實踐應用及效果分析

4.1 工程概況

潞安化工集團有限公司五陽煤礦位于山西省襄垣縣王橋鎮境內，設計年產360 萬t。五陽煤礦南以文王山北正斷層為界，北至西川正斷層，南北長約13 km，東西寬約10 km，面積78.364 9 km2。井田內的煤層主要分布在二疊系山西組和石炭系太原組，共含煤13層，總厚度為13.31 m，含煤系數8.17%，其中參與儲量計算的3 個煤層平均總厚度8.62 m，可采含煤系數5.07%。7607 工作面屬76 采區，采用放頂煤走向長壁采煤方法，綜合機械化采煤工藝，開采順序為區段下行式、工作面后退式，全部垮落法管理頂板，U 型通風系統。7607 工作面架間噴霧多為扇面式噴霧，采煤機采用內外噴霧，從實踐效果來看，起到一定的降塵作用，但是效果還不太理想，因此采用設計的新型二次負壓自動降塵裝置進行優化改進。

4.2 二次負壓自動降塵裝置的安裝

基于7607 工作面的實際情況，在該工作面每臺液壓支架上布置有3 個粉塵傳感器和1 個紅外人體傳感器（如圖3），可以實現對工作面粉塵濃度的全面信息采集。

圖3 二次負壓降塵裝置及傳感器布置

4.3 效果分析

對五陽煤礦7607 綜采工作面二次負壓自動降塵裝置應用前后的粉塵濃度進行了監測，對降塵效果進行對比分析。粉塵濃度測點布置如圖4。

圖4 工作面粉塵濃度監測點布置圖

各測點粉塵濃度監測結果見表1。

從表1 監測數據可知，7607 綜采工作面的粉塵污染較為嚴重，原降塵措施的降塵率在45%左右，降塵效果不佳。采用負壓二次自動降塵裝置后，降塵率從45%左右上升到85%左右，取得了較好的降塵效果。

表1 各測點粉塵濃度監測結果

5 結論

五陽煤礦7607 綜采工作面采用負壓二次自動降塵裝置后，降塵率從45%左右上升到85%左右，切實降低了采煤工作面的粉塵濃度。該裝置的應用，有效地改善了采煤工作面工作人員的工作環境，減輕了工人勞動強度，社會效益和經濟效益顯著。