煤礦井下防塵自動噴霧裝置的設計與應用研究

馮中華

（晉能控股煤業集團朔州煤電王坪煤業公司，山西 朔州 038300）

引言

某煤礦的年產煤量是45萬t，現主要開采煤層是3號煤層，平均厚度為3~8 m，有0°~20°的傾角，煤層的深度為460 m，煤質是中高發熱量氣煤，局部含有焦煤，煤層有56 d的自然發火期，有較低的瓦斯含量，屬于低瓦斯礦井，煤塵的爆炸指數為41.37%，因此，如何減少煤塵含量，控制煤塵飛揚，是減少煤塵爆炸的關鍵。

1 塵源分析

在井下開采過程中，輸送機的轉載、破煤機破煤、機組割煤、移架和放煤等作業，都會產生大量的煤塵。其中，機組割煤是工作面的最大塵源，也是產生煤塵的主要部分，且持續的時間較長[1]，在割頂煤時，支架前探梁的掩護板會被收回，隨著前滾筒的不斷升高，在前探梁上割煤，頂板出現垮落從而產生大量的煤塵，在掘進時，通過相互擠壓使巖體垮落，進入溜槽后，巖體相互碰撞而產生大量的煤塵，且粉塵的濃度較大，煤塵的產生及含塵氣流運動方向如圖1所示。在移架過程中，液壓支架來回進行升降，導致支架上方的巖體出現破碎，在支架移動的過程中，巖體會沿縫隙落下，從而產生較多粒徑較大的粉塵。在放煤過程中，煤塵在進風流的作用下，沿放煤溜槽進入回風流，產生煤塵。

圖1 煤塵產生及含塵氣流運動方向示意圖

2 防塵自動噴霧裝置設計

通過分析工作面產生煤塵的原因，目前單一的降塵措施已經不能滿足降低工作面粉塵濃度的要求，因此，采用負壓誘導式自動噴霧裝置[2]來有效降低工作面的粉塵濃度。

自動噴霧裝置主要由噴霧總成、供氣電動球閥、供水電動球閥、主控制器、傳感器等部分組成，具體的電氣參數如表1所示，自動噴霧裝置的原理是利用高速氣霧射流，在以負壓噴頭為圓心的1 m范圍內產生負壓，將煤塵吸入霧柱內，噴霧裝置中噴出的霧粒會擊中霧柱內的粉塵[3]，將粉塵浸濕使其降落，從而達到自動除塵的效果，使用這種方法，產生的霧粒較小，影響范圍較大，降塵效果較好。

表1 自動噴霧裝置電氣參數

負壓誘導式自動噴霧裝置是采用氣水混合的方式對巷道和工作面的煤塵進行噴霧降塵，噴霧總成通過負壓誘導式噴頭將霧噴出，噴頭霧化出的顆粒較小，可達到10μm，用水量較少，霧體范圍大，可以調節霧體的作用范圍以及水滴的運動速度，對巷道和工作表面及時補濕，提高空氣的濕度。隨著外界風動的影響，這些濕潤的表面能夠吸附工作面內的煤塵，從而避免了煤層的自燃和爆炸，降低煤塵對工作面的影響。

自動噴霧裝置系統中探頭在接收到外界環境信號后，會將接收到的信號轉化成可識別的電信號，通過電纜將電信號傳輸到主控制器中，主控制器便會對接收到的信號進行預處理，將干擾信號剔除，并最終傳輸到CPU中，此時固態繼電器開始工作，根據固態繼電器的指令，驅動噴霧裝置的電磁閥，從而實現自動噴霧。自動噴霧主控制器的工作原理如下頁圖2所示[4]。

圖2 自動噴霧裝置主控制器工作原理

自動噴霧裝置在正常工作期間，電磁閥處于開啟的狀態，會根據設定自動進行噴霧來降塵，在傳感器發射和接收到前方有物體阻隔后，探頭內部的電壓信號會出現相應變化，將信號反饋給主控制器，從而使驅動電磁閥關閉，停止噴霧作業，同時設定一定的延時時間，在到達設定的延時時間后，系統會自動開啟固態繼電器，驅動電磁閥開啟，進行噴霧作業。自動噴霧裝置的具體安裝示意圖如圖3所示。

圖3 自動噴霧裝置安裝示意圖

3 防塵自動噴霧裝置應用效果分析

在某煤礦3號工作面中驗證自動噴霧裝置的效果，對幾個主要測塵點進行濃度監測，并對使用自動噴霧裝置和未使用自動噴霧裝置的監測結果進行對比，結果如表2所示。

從表2中可以看出，在割煤作業中，使用自動噴霧裝置的粉塵質量濃度可從13.5 mg/m3降低到7.0 mg/m3，比未使用自動噴霧裝置的粉塵質量濃度降低約48.14%，在移架作業中，使用自動噴霧裝置的粉塵濃度約4.7 mg/m3，而未使用自動噴霧裝置的粉塵質量濃度約12.4 mg/m3，在放煤作業中，使用自動噴霧裝置的粉塵質量濃度約6.0 mg/m3，而未使用自動噴霧裝置的粉塵質量濃度可達13.6 mg/m3，在工作面回風巷，使用自動噴霧裝置比不使用自動噴霧裝置的粉塵質量濃度約降低50.37%。通過對各個主要塵點的監測可見，各測點的粉塵濃度都大大降低，降塵效果較好。

表2 各測點粉塵濃度對比

4 結論

1）通過調節霧體作用范圍和水滴運動速度達到降塵的目的，采用自動噴霧裝置，在割煤、移架、放煤作業中，能很好地控制工作面內的粉塵濃度。

2）對工作面上幾個主要塵點進行監測，結果表明，使用自動噴霧裝置測點的粉塵濃度比未使用自動噴霧裝置測點的粉塵濃度低，平均降幅達50%，降塵效果較好。