趙彤宇,劉生玉,王 凱

(1.鄭州光力科技發(fā)展有限公司,河南鄭州 450001;2.雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)公司通風(fēng)管理部,黑龍江雙鴨山 155100)

礦井粉塵監(jiān)控和高效治理技術(shù)的研究與應(yīng)用

趙彤宇1,劉生玉2,王 凱1

(1.鄭州光力科技發(fā)展有限公司,河南鄭州 450001;2.雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)公司通風(fēng)管理部,黑龍江雙鴨山 155100)

Research and Application ofM ine DustMonitor ing and High-efficiency Prevention Technology

介紹了一種新型礦井粉塵監(jiān)測(cè)和高效治理技術(shù),實(shí)現(xiàn)了礦井粉塵濃度的在線(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)與控制,可將檢測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度實(shí)時(shí)傳送至井上控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了智能化煤礦粉塵治理,在粉塵濃度超過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí),采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)工作等狀況下,可自動(dòng)進(jìn)行高壓噴霧降塵,相比傳統(tǒng)技術(shù),除塵效率提高了 80%以上。

礦井粉塵;在線(xiàn)監(jiān)控;高噴霧降塵;粉塵濃度傳感器

長(zhǎng)期以來(lái),粉塵治理始終是礦井安全生產(chǎn)的難題之一。隨著現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)率的提高,粉塵問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重,大量粉塵沉積于井巷四壁,或懸浮于井巷空間,具有很大危害性,煤礦工人長(zhǎng)期吸入,輕者會(huì)患呼吸道疾病,重者會(huì)患矽肺病。煤塵還具有爆炸性,給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)很大的威脅。煤塵濃度較高時(shí)會(huì)降低作業(yè)場(chǎng)所的能見(jiàn)度,導(dǎo)致誤操作,增加工傷事故的發(fā)生。另外,還會(huì)加速機(jī)械的磨損,縮短精密儀器、儀表的壽命。因此,世界各國(guó)紛紛制定嚴(yán)格的粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn),以此維護(hù)工人身心健康和礦井安全。機(jī)械化采煤工作是采礦最大粉塵來(lái)源之一,保護(hù)工人健康,維護(hù)環(huán)境的重要性是僅次于瓦斯治理的一項(xiàng)工作?；谝陨显?本公司進(jìn)行了大量市場(chǎng)調(diào)研和科技、經(jīng)濟(jì)力量投入,具有針對(duì)性解決采煤降塵治理工作。

1 高壓霧化除塵機(jī)理

煤礦井下主要的污染來(lái)自煤塵的污染。由于礦井采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸?shù)戎饕h(huán)節(jié)都會(huì)引起煤塵污染,并且井下通風(fēng)條件比較差,工作空間比較小,所以井下局部地區(qū)空氣中煤塵濃度會(huì)很高。

高壓噴霧降塵裝置的降塵機(jī)理是霧滴對(duì)粉塵碰撞、攔截和捕獲,使霧滴與塵粒凝聚,密度增加而加快沉降。高壓水霧速度高,噴嘴出口處的水霧速度達(dá) 20～30m/s,有效與粉塵顆粒碰撞,凝固;水霧顆粒小,大部分水霧顆?？刂圃?50μm左右,最小為 20～30μm,最大為 100～150μm,小水霧容易沉降對(duì)人體危害嚴(yán)重的呼吸性粉塵;水霧的分散性好、覆蓋面大,有利于提高粉塵與水霧的碰撞幾率;水霧的電離子數(shù)量明顯增加,其與粉塵顆粒的電荷產(chǎn)生相應(yīng)的電荷效應(yīng),增強(qiáng)了粉塵顆粒的吸附性能而凝固沉降。

2 煤礦粉塵監(jiān)控和治理裝置的工作原理

該裝置由粉塵濃度傳感器、井下分站、主控制器、電磁啟動(dòng)器、隔爆高壓水泵、過(guò)濾器、高低水位自動(dòng)控制器、高壓膠管和霧化噴頭等組成,如圖1所示。

圖1 粉塵治理裝置總體結(jié)構(gòu)

該裝置通過(guò)粉塵濃度、光控、觸控、聲控、開(kāi)停等傳感器向主控制器發(fā)出信號(hào),控制高壓泵的噴霧和停止,實(shí)現(xiàn)了煤礦粉塵濃度的在線(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)與控制、與采煤機(jī)或掘進(jìn)機(jī)的聯(lián)動(dòng)降塵和保護(hù)通過(guò)人員的功能。當(dāng)作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度超過(guò)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),通過(guò)粉塵傳感器向主控制器發(fā)出信號(hào),控制降塵裝置的噴霧,實(shí)現(xiàn)了粉塵濃度的在線(xiàn)連續(xù)定量監(jiān)測(cè)與控制。當(dāng)采煤機(jī)或掘進(jìn)機(jī)工作時(shí),開(kāi)停傳感器向主控制器發(fā)出信號(hào),控制降塵裝置的噴霧,實(shí)現(xiàn)了噴霧裝置與采煤機(jī)或掘進(jìn)機(jī)的聯(lián)動(dòng)。當(dāng)噴霧區(qū)域有人經(jīng)過(guò)時(shí),光控傳感器向主控制器發(fā)出信號(hào),控制降塵裝置停止噴霧;當(dāng)工作人員離開(kāi)噴霧區(qū)域時(shí),如果此時(shí)粉塵仍然超標(biāo)或采煤機(jī)掘進(jìn)機(jī)仍在工作,則可繼續(xù)啟動(dòng)噴霧裝置。

3 裝置的安裝與使用

粉塵濃度傳感器是該裝置的重要組成部件, CGC1000粉塵濃度傳感器是利用β粒子三極電離測(cè)塵技術(shù)研發(fā)出的最新一代可在線(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)粉塵濃度的傳感器,該測(cè)塵技術(shù)已獲發(fā)明專(zhuān)利。測(cè)量出的粉塵濃度值不受粉塵顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)影響,不受被測(cè)氣體流速、溫度影響,可長(zhǎng)期不間斷進(jìn)行粉塵監(jiān)測(cè),測(cè)量準(zhǔn)確性高,長(zhǎng)期穩(wěn)定性好,維護(hù)工作量小。

傳感器的測(cè)量范圍 0.01～1000mg/m3,在量程范圍內(nèi)可任意設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值。只要粉塵濃度達(dá)到設(shè)定值就會(huì)輸出控制信號(hào)。根據(jù)井下不同的地點(diǎn)對(duì)粉塵濃度要求不同,可以設(shè)定不同的標(biāo)準(zhǔn)值。因此,該裝置適用于井下各處產(chǎn)塵點(diǎn)自動(dòng)控制灑水降塵。

該裝置可以設(shè)置在采煤機(jī)上 (見(jiàn)圖 2),對(duì)滾筒采煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵及時(shí)治理。對(duì)采煤機(jī)自動(dòng)檢測(cè),實(shí)時(shí)感應(yīng)采煤機(jī)工作狀況,自動(dòng)加壓,通過(guò)管路輸送到設(shè)置在采煤機(jī)上的噴頭,合理均布分散水霧,使噴霧壓力達(dá)到 8～12.5MPa,流量達(dá)到 40～80L/min,有效射程≥6m,流速 3～8m/s。既克服了噴霧壓力、流量不足問(wèn)題,又同采煤機(jī)冷卻電機(jī)水路分離,通過(guò)設(shè)置在采煤機(jī)上的專(zhuān)用噴頭,具有針對(duì)性地對(duì)產(chǎn)塵區(qū)域包裹噴霧。采煤機(jī)工作時(shí),在距滾筒下風(fēng)向 10m左右粉塵濃度小于 200mg/m3,降塵效果 (試驗(yàn)前后測(cè)試對(duì)比結(jié)果)≥80%,能見(jiàn)度 50m以上。該裝置電壓適用范圍為 36V, 127V,380/660V,660/1140V等;傳感器可以通過(guò)感應(yīng)電流、粉塵濃度、觸控、光控、遙控、開(kāi)關(guān)等形式控制設(shè)備開(kāi)停。當(dāng)主機(jī)接收到傳感器的信號(hào)后,發(fā)出控制信號(hào)到控制器、電動(dòng)閥,控制器啟動(dòng)電機(jī)電源閉合,電動(dòng)閥控制水箱水量,反之水箱通過(guò)水位變化反應(yīng)控制電動(dòng)閥關(guān)閉,同時(shí)加壓泵啟動(dòng),管路升壓,噴頭可以設(shè)置多個(gè)不同型號(hào)噴嘴,調(diào)節(jié)噴霧效果。

該裝置也可以設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)上 (見(jiàn)圖 3),使掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行沉降。對(duì)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)檢測(cè),實(shí)時(shí)感應(yīng)掘進(jìn)機(jī)工作狀況,自動(dòng)加壓,經(jīng)過(guò)管路輸送到設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)上的噴頭,即克服了噴霧壓力、流量不足問(wèn)題,同掘進(jìn)機(jī)水路分離,通過(guò)噴頭具有針對(duì)性地對(duì)截齒圓周包裹噴霧降塵。掘進(jìn)機(jī)工作時(shí),在司機(jī)處粉塵濃度小于 200mg/m3,降塵效果 (試驗(yàn)前后測(cè)試對(duì)比結(jié)果)≥80%。

圖 2 采煤工作面自動(dòng)高壓噴霧降塵裝置系統(tǒng)

圖 3 掘進(jìn)工作面自動(dòng)高壓噴霧降塵裝置系統(tǒng)

另外在巷道,尤其是采煤工作面的回風(fēng)巷道口,粉塵濃度都比較高,設(shè)置該裝置后,回風(fēng)巷粉塵濃度可以大大下降。其他如煤倉(cāng)裝煤口、卸載口、轉(zhuǎn)載口等產(chǎn)塵點(diǎn)都可采用。

4 煤礦現(xiàn)場(chǎng)試用情況

在雙鴨山煤業(yè)集團(tuán)新安礦井下 -500m的采煤工作面和 -350m的掘進(jìn)工作面進(jìn)行試用,工作面的環(huán)境參數(shù)為:凈斷面 11.5m2;采用壓入式局部通風(fēng),回風(fēng) 400～600m3/min;利用現(xiàn)有礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸線(xiàn)路,經(jīng)過(guò) 3個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)使用,效果明顯,達(dá)到了預(yù)期目的。

(1)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)地點(diǎn)粉塵濃度實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嬷行恼?可隨時(shí)掌握監(jiān)測(cè)地點(diǎn)粉塵濃度變化。

(2)粉塵濃度達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧降塵。

(3)粉塵濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí),自動(dòng)切斷被控設(shè)備電源,地面中心站通過(guò)斷電控制器可以監(jiān)測(cè)供電狀態(tài)。

(4)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,監(jiān)測(cè)地點(diǎn)粉塵濃度達(dá)到或超過(guò)規(guī)定限值 (5/30)的時(shí)間大幅度縮短,次數(shù)減少,持續(xù)時(shí)間短。

測(cè)塵位置為綜采機(jī)和掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位,分別為 7次。項(xiàng)目實(shí)施前后粉塵濃度實(shí)測(cè)結(jié)果如表 1和表 2。

從表 1、表 2測(cè)量數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn):本項(xiàng)目實(shí)施前,由于綜采機(jī)、綜掘機(jī)除塵效果不好,不同時(shí)間段的產(chǎn)塵變化很大,沒(méi)有規(guī)律;項(xiàng)目實(shí)施后,除塵效果顯著,不同時(shí)間段在司機(jī)位測(cè)塵,無(wú)論是全塵濃度還是呼塵濃度顯著下降,測(cè)量值差距不大。

表1 項(xiàng)目實(shí)施前粉塵濃度 mg/m3

表2 項(xiàng)目實(shí)施后粉塵濃度 mg/m3

從表 1,表 2可以看出,項(xiàng)目實(shí)施后,綜采司機(jī)位全塵及呼吸性粉塵平均濃度分別下降 81.7%及 85.1%;掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位分別下降 83.9%及80.9%。

5 結(jié)論

從試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出,高效噴霧降塵系統(tǒng)使得工作面各個(gè)部位的降塵率比原有噴霧系統(tǒng)的降塵率都有顯著的提高;機(jī)頭噴霧的霧化效果好,基本形成包圍滾筒和掘進(jìn)頭的旋轉(zhuǎn)水霧;霧體的速度比較高且密度大,同時(shí)又不擴(kuò)散防礙司機(jī)的視線(xiàn);阻塵霧柱在使用井下靜壓水的情況下,仍然能保證優(yōu)良的霧化效果,尤其是選定的噴射角度合適,使得霧體基本在 2m處開(kāi)始覆蓋斷面,并能保證 5m左右的霧柱,達(dá)到很好的阻塵效果。

[責(zé)任編輯:鄒正立]

TD714.4

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1006-6225(2010)05-0098-03

2010-04-09

趙彤宇 (1967-),男,河南平頂山人,碩士,高級(jí)工程師,鄭州光力科技發(fā)展有限公司董事長(zhǎng),從事經(jīng)營(yíng)管理和技術(shù)開(kāi)發(fā)。