盧劍波

（同煤集團地煤公司東周窯煤礦，山西 大同 037003）

礦井生產(chǎn)過程中礦體剝離、物料運輸?shù)拳h(huán)節(jié)會產(chǎn)生大量不同粒徑的粉塵，造成空氣污染和水污染，同時引起井下作業(yè)人員的呼吸性疾病?，F(xiàn)代化大型礦井采用綜放開采方式，長距離運輸原煤，各進回風巷道風量大，風速高，導致礦井內(nèi)產(chǎn)塵量大，粉塵濃度高。傳統(tǒng)的水幕噴淋等方式降塵效率低，維護工作量大，可靠性能差。

礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)進行煤礦粉塵濃度監(jiān)控和超限治理，同時建立智能化噴霧降塵系統(tǒng)，既能實時監(jiān)控礦井中各主要產(chǎn)塵區(qū)域的粉塵濃度，又能根據(jù)需要自動開啟噴霧裝置，這樣的防塵體系對井下粉塵治理工作具有重要的意義。

1 東周窯煤礦防塵現(xiàn)狀

東周窯煤礦各主采工作面均采用綜合放頂煤的開采方式，礦井整體配風量較大，為滿足供風量要求，各進風、回風巷道中風速也較高。礦井運輸量大，運輸線路長，使用無軌膠輪車配合長距離皮帶運煤系統(tǒng)完成井下物料運輸，以往礦井使用水幕機械針對主要煤塵超限點進行防塵處理，但是，實際防塵措施效果不理想，濃度經(jīng)常超限。根據(jù)測塵儀測試結(jié)果顯示主要產(chǎn)塵地點有綜放工作面、掘進工作面、皮帶運輸巷、輔助運輸聯(lián)巷等。根據(jù)分析，各個綜采、掘進工作面的回風巷、運輸大巷與各工作面連接的落煤點以及輔助運輸聯(lián)巷為煤塵的主要防治區(qū)域。

2 煤礦智能噴霧系統(tǒng)研究

2.1 系統(tǒng)組成形式

井下智能噴霧系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸將粉塵濃度傳感器、自動噴霧降塵裝置和系統(tǒng)監(jiān)測分站與KJ76安全監(jiān)控系統(tǒng)的主機鏈接。構(gòu)成的整體噴霧系統(tǒng)如下：（1）ZP127礦用氣水混合自動噴霧降塵裝置；（2）KJ370F隔爆兼本安型分站；（3）地面調(diào)度微機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過粉塵濃度傳感器實時監(jiān)控各工作面和井巷的重點防塵區(qū)域內(nèi)的粉塵含量，同時反饋和存儲到智能控制系統(tǒng)的主機。各防塵區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度報警器報警和噴霧裝置開啟上限設(shè)定為30mg/m3，到粉塵傳感器達到安全限值10mg/m3時自動關(guān)閉噴霧裝置。同時皮帶運輸巷上部通過無線觸控傳感器感應皮帶上是否運輸原煤，觸發(fā)對應的噴霧降塵裝置。系統(tǒng)主要組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 智能噴霧降塵系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)工作特點

傳統(tǒng)防塵措施只是單純在煤塵重點區(qū)域設(shè)置局部噴淋裝置，噴淋裝置降塵效率低，同時長時間開啟造成水資源浪費，本次方案相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)更具有針對性，呈系統(tǒng)化布置。將布置于井巷各處的粉塵濃度傳感器并入礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)長期和實時監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)劃分礦塵防治區(qū)域，同時利用濃度傳感器自動開啟水路電動球閥和噴霧裝置。降塵設(shè)備具有節(jié)能、高效、自主、智能等特點。

（1）相對于傳統(tǒng)水幕噴淋裝置，噴霧裝置使水分形成微小的霧化顆粒并且長時間懸浮于空氣中。其作用機理為利用壓縮空氣對靜壓水加壓，自霧化噴嘴中噴出形成類似汽化狀態(tài)的霧化顆粒。霧化水氣能提高與空氣中粉塵結(jié)合率并沉降至地面，霧化水氣會伴隨井巷的空氣流動，提高井巷內(nèi)降塵效率，同時避免井巷內(nèi)積水和水資源的浪費。

（2）智能噴霧裝置通過粉塵濃度傳感器、無線觸控傳感器控制，隨運輸皮帶工作開始噴淋，或粉塵超限后開始工作，及時控制粉塵濃度，降低維護和人工成本，節(jié)約井下用水。

（3）考慮到噴霧工作對井下人員和運輸設(shè)備的影響，系統(tǒng)通過光控傳感器感應設(shè)備和人員，在車輛和人員進入水幕10～20m范圍內(nèi)自動關(guān)閉噴霧裝置，避免水霧濺濕人員和車輛。

（4）井下各粉塵傳感器、監(jiān)測分站將被監(jiān)測地點的粉塵濃度和噴霧裝置運行工況通過數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)及時反饋到地面控制系統(tǒng)，地面監(jiān)測系統(tǒng)一方面監(jiān)測井下粉塵濃度和設(shè)施工況，另一方面可以控制井下各噴霧裝置開啟和關(guān)閉。

（5）智能噴霧系統(tǒng)可以根據(jù)井下工作地點粉塵產(chǎn)生的規(guī)律采取不同工作類型如周期噴霧、定點噴霧、監(jiān)測噴霧等，適應能力強，操控靈活。

2.3 智能噴霧系統(tǒng)自動控制機理

KJ76礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線路與井下監(jiān)測分站實現(xiàn)相互鏈接，監(jiān)測分站相連接的監(jiān)測傳感器實時采集數(shù)據(jù)，監(jiān)控各綜放工作面、掘進工作面、落煤點、運輸巷等超限部位，及時反饋到監(jiān)測主機，由主機系統(tǒng)記錄并存儲粉塵濃度數(shù)據(jù)。同時根據(jù)監(jiān)測分站采集的粉塵濃度報警狀態(tài)調(diào)節(jié)粉塵超限自動噴霧裝置，及時調(diào)控降塵裝置自動開啟。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定并結(jié)合礦井現(xiàn)狀將同忻礦自動噴霧裝置的報警限制設(shè)定為30mg/m3，即當井下某處的粉塵濃度監(jiān)控傳感器監(jiān)測到的粉塵濃度達到30mg/m3時，粉塵濃度超限報警系統(tǒng)啟動超限報警提示。同時系統(tǒng)主機控制自動噴霧裝置打開噴霧裝置水路的電動球閥，噴霧裝置開始工作狀態(tài)。井下粉塵濃度下限值設(shè)定為10mg/m3，即粉塵傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)達到下限值時自動噴霧裝置將自動關(guān)閉，停止噴霧作業(yè)。自動噴霧降塵系統(tǒng)通過粉塵濃度傳感器控制噴霧設(shè)備開關(guān)工作，設(shè)備可靠，操控靈活，并且可以通過調(diào)控氣水比調(diào)整霧化粒徑提高降塵效果，大大提高降塵效率，降塵效果高于機械噴淋的效率30%以上，并且通過智能化開啟和關(guān)閉噴霧，減少無效噴霧，大大減少水、電等資源的浪費，節(jié)約人工和經(jīng)濟成本。

3 智能噴霧系統(tǒng)效果分析

3.1 霧化粒徑效果分析

噴霧降塵系統(tǒng)所霧化霧氣粒徑范圍會影響系統(tǒng)降塵效果。在安裝完成噴霧降塵系統(tǒng)后對不同水汽比條件下霧粒粒徑范圍，以及所有狀態(tài)下降塵效率進行相應測試，通過調(diào)節(jié)自動噴霧裝置霧化噴嘴，測試在1MPa水壓及不同氣水比條件下的霧化粒徑分布范圍。同時在所測試的風硐窗口布置測塵儀，監(jiān)測環(huán)境內(nèi)粉塵濃度，確定噴霧降塵系統(tǒng)的實際降塵效率，不同氣水比的粒徑范圍和降塵效率如表1所示。

表1 不同粒徑范圍霧化顆粒降塵效率

從表中數(shù)據(jù)所示智能噴霧系統(tǒng)測試環(huán)境內(nèi)氣水比高1.2時霧化顆粒粒徑范圍在20～75μm，同時降塵效率達到41%。并且氣水比越大霧化粒徑越小，同時也越接近粉塵顆粒的中位粒徑，提高霧化水汽與粉塵結(jié)合率，降低環(huán)境中粉塵含量。

3.2 現(xiàn)場噴霧效果測試

智能噴霧除塵系統(tǒng)實際應用階段通過在水幕前后設(shè)置粉塵采集器監(jiān)測工作面內(nèi)實際降塵效果，表2所示為粉塵采樣器所采集連續(xù)三個月的粉塵濃度及降塵效率。

表2 降塵效果測試結(jié)果表

從表2中抽測的三個采樣數(shù)據(jù)可知，通過智能噴霧系統(tǒng)對井下作業(yè)空間進行水霧噴淋能有效起到降塵效果。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)點

（1）礦井自動化智能噴霧降塵系統(tǒng)能實現(xiàn)實時監(jiān)控井下各粉塵超限點的粉塵濃度；

（2）系統(tǒng)主機會自動采集和存儲數(shù)據(jù)，噴霧裝置根據(jù)粉塵濃度傳感器數(shù)據(jù)自動控制噴霧，同時根據(jù)作業(yè)需要也可進行地面控制、周期噴淋；

（3）水混合的霧化效果一方面節(jié)水，另一方面提高與粉塵結(jié)合率，噴霧裝置根據(jù)人性化設(shè)計避開行人和車輛路徑。

4 總結(jié)

本文對煤礦噴霧降塵系統(tǒng)進行了分析，介紹了其主要組成結(jié)構(gòu)與工作特點，并根據(jù)連續(xù)跟蹤，證實系統(tǒng)確實能夠?qū)ΦV井重點粉塵超限區(qū)域起到有效的監(jiān)控和治理，運行效果良好。