綜采工作面注水降塵+紅外線自動灑水降塵研究

周云飛

（長治市煤礦技術服務中心，山西 長治 046000）

煤礦井下綜采工作面是煤礦開采的主要作業和施工現場，基于機械化作業程度的增大，綜采工作面已成為主要的產塵源，粉塵問題較為突出。各煤礦以往在綜采工作面采用的防塵降塵措施和技術都已無法有效降低粉塵濃度，粉塵濃度超標嚴重，并造成巨大危害，主要表現在以下幾點：長期工作在高濃度粉塵環境中可導致塵肺病；高濃度粉塵環境在特定條件下可發生燃爆；粉塵沉積在開采機電設備上可導致設備無法正常運轉；綜采工作面粉塵濃度過高會影響現場的生產管理，降低開采效率。因此對綜采工作面進行防塵和降塵研究是非常有必要的。長治市煤礦技術服務中心受東瑞煤業公司委托，對該公司綜采工作面進行紅外線自動灑水降塵研究，希望進一步改善粉塵濃度，實現煤礦的高產高效安全開采。

1 綜采工作面粉塵治理現狀分析

東瑞煤業公司綜采工作面粉塵濃度較高，煤塵具有爆炸性，必須進行防塵降塵處理。東瑞煤業以往主要采用過注水預濕煤體降塵、調整采煤機結構降低截割產塵、采煤機內外噴霧、高壓外噴霧、支架噴霧、負壓引射降塵、注水降塵+二次負壓降塵等多種防塵降塵處理作業，但整體來看，單獨采用以上各種技術方案進行防塵降塵在實踐應用中問題較多，防塵降塵效果不佳，粉塵濃度超標嚴重。針對這一情況，長治市煤礦技術服務中心通過市場技術調研，結合東瑞煤業公司綜采工作面施工現場實況，提出了注水降塵+紅外線自動灑水降塵的方案，并進行了實踐應用。

2 綜采工作面紅外線自動灑水降塵系統分析

針對煤礦綜采工作面的粉塵情況，提出采用紅外線自動灑水降塵系統進行治理。該系統主要包括電路控制部分、噴霧水路部分、紅外監控自動噴霧系統部分、架間紅外自動噴霧系統部分。電路控制主要由PLC 主機、紅外傳感器、壓力傳感器、本安型穩壓電源、電動球閥、遙控發送器、遙控接收器、無線發射器等組成；噴霧水路主要由高壓膠管、水質過濾器、高效噴頭等組成；紅外監控自動噴霧系統（如圖1）主要由手動開關、架前噴霧組、架后噴霧組、電磁閥、水源、控制器、紅外探頭等組成；架間紅外自動噴霧系統（如圖2）主要由紅外線監控器等部件組成。

圖1 紅外監控自動噴霧系統示意圖

圖2 架間紅外自動噴霧系統圖

當采煤機進行移動時，采煤機上的遙控發送器掃描支架上安裝的遙控接收器產生信號，該信號反饋到主機，主機自動控制電動球閥供水噴霧進行作業。

3 工業性試驗

3.1 工程概況

山西煤炭運銷集團古縣東瑞煤業位于臨汾市古縣北平鎮前窯溝自然村北，井田面積4.871 3 km2，保有儲量2698 萬t，批準開采煤層為2#～9#，設計生產能力60 萬t/a。2101 綜采工作面開采2#煤層，煤層厚度為1.12～2.95 m，煤層平均厚度為1.4 m。2#煤層火焰長度5 mm，加巖粉用量10%，煤塵具有爆炸性，必須控制粉塵濃度。

3.2 紅外線自動灑水降塵系統的安裝應用

對于2101 綜采工作面，在采用注水預濕煤體降塵的基礎上，再次使用紅外線自動灑水降塵。在2101 綜采工作面的10～44 架安設紅外線自動灑水降塵系統，35 套主機安裝在每個支架四連桿上，35套接受器主要安裝在每個支架兩中柱之間閥組靠上500 mm 位置處，35 套電動閥安裝在每個支架前梁平面截止閥上，35 套壓力傳感器安裝在每個支架閥組后位置處，1 個發射器安裝在機組調高閥組位置處。在采煤機進行割煤作業時，必須將上風側滾筒上方3 架噴霧和下風側滾筒上方5 架噴霧裝置打開，壓力傳感器控制支架降架和移架時的噴霧打開。

3.3 效果分析

為掌握2101 綜采工作面應用“注水降塵+紅外線自動灑水降塵”效果，2021 年6 月起對2101綜采工作面采煤機司機處、移架司機處、回風巷12～14 m 位置、采煤機下風側12 m 位置設置粉塵濃度監測點對粉塵濃度進行監測，測定結果見表1。

表1 2101 綜采工作面注水降塵+紅外線自動灑水降塵測定結果

同時該煤礦2103 綜采工作面采用“注水降塵+二次負壓降塵”，從2021 年6 月起對2101 綜采工作面采煤機司機處、移架司機處、回風巷12～14 m位置、采煤機下風側12 m 位置設置粉塵濃度監測點對粉塵濃度進行監測，測定結果見表2。

表2 2103 綜采工作面注水降塵+二次負壓降塵測定結果

從表1 可知，對于2101 綜采工作面，在采煤機司機處、移架司機處、回風巷12～14 m 位置、采煤機下風側12 m 位置，注水降塵+紅外線自動灑水的總塵和呼吸塵的降塵率基本保持在85.3%～92.5%之間。從表2 可知，對于2103 綜采工作面，在采煤機司機處、移架司機處、回風巷12～14 m 位置、采煤機下風側12 m 位置，采用以往注水降塵+二次負壓降塵的降塵率基本保持在78.3%～82.5%之間。結果表明：注水降塵+紅外線自動灑水降塵的總塵和呼吸塵的降塵率明顯高于注水降塵+二次負壓降塵，降塵效果更為顯著。

從表2 可知，在2103 綜采工作面應用原注水降塵+二次負壓降塵過程中，采煤機司機處降塵率較其他位置要高，降塵效果要強，采用煤層注水降塵時，距離工作面越近，降塵效果越好，距離工作面越遠，降塵效果越來越差。但采用注水降塵+紅外線自動灑水降塵系統可有效解決該問題，當系統自動檢測到環境中的粉塵濃度超標后，系統會自動啟動進行噴灑降塵作業，并實施實時的監控，可有效解決該難題。在2101 綜采工作面當中，各位置處降塵效果均較好。在2101 綜采工作面中應用注水降塵+紅外線自動灑水降塵系統，可有效降低環境粉塵濃度，保障煤礦生產的安全性和可靠性。

4 結論

在分析東瑞煤業綜采工作面粉塵治理的措施和存在的問題后，提出了應用注水降塵+紅外線自動灑水降塵系統的治理方案。2101 綜采工作面應用效果表明：各處總塵濃度降低至55.2 mg/m3以下，降塵率達87.2%以上，呼吸塵濃度降低至25.1 mg/m3以下，降塵率達85.3%以上，粉塵治理效果顯著。紅外線自動灑水降塵系統的應用有效降低了環境中的粉塵濃度，降低了工人吸入的粉塵量，保障了工人的身體健康，同時有效破壞了粉塵爆炸的條件，消除了粉塵爆炸的危險性，為東瑞煤業公司創造了較好的效益。