秦國(guó)樂(lè)

（大同煤礦集團(tuán)永定莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037024）

引言

煤礦開(kāi)采中煤炭粉塵不僅對(duì)作業(yè)人員的生命健康造成威脅，還對(duì)礦井內(nèi)的各種機(jī)械設(shè)備、精密儀器的壽命產(chǎn)生影響[1]。當(dāng)煤礦粉塵附著到機(jī)械設(shè)備上，不僅容易降低機(jī)械設(shè)備的工作效率，還會(huì)引發(fā)安全事故。目前煤礦企業(yè)的粉塵治理綜合設(shè)施主要以噴霧降塵為主，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，更多是依靠人工操作的方式進(jìn)行，容易受到人為因素的干擾而引發(fā)相應(yīng)的安全隱患。因此，應(yīng)將人工方式變更為自動(dòng)方式，以提高噴霧降塵作用的效果。通過(guò)對(duì)自動(dòng)噴霧降塵裝置的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置為礦用隔爆兼具本質(zhì)安全型設(shè)備，具有定時(shí)噴灑、延時(shí)調(diào)節(jié)等自動(dòng)化功能[2]。此外，還可對(duì)環(huán)境的參數(shù)變化進(jìn)行自身系統(tǒng)的數(shù)據(jù)修正，適用于現(xiàn)代化煤礦開(kāi)采工作面的使用環(huán)境。選取某礦井34177 工作面作為試驗(yàn)場(chǎng)地，將ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置在實(shí)際工程中進(jìn)行應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果得到了良好的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提升了礦井工作面粉塵防治工作的有效性。

1 ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置的工作原理

ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置采用目前先進(jìn)的礦井噴霧降塵技術(shù)，除了包含常規(guī)性的噴霧降塵功能零部件以外，還加入了主動(dòng)吸塵、主動(dòng)吸收有害氣體的模塊。該裝置主要由電子控制箱、本質(zhì)安全型電磁閥、光靈敏度傳感器、二次負(fù)壓降塵裝置、I/O 高清晰管線等零部件組成[3]。為了實(shí)現(xiàn)噴霧聯(lián)動(dòng)功能，通常會(huì)在礦井工作面的采煤機(jī)器附近布置多個(gè)噴霧降塵作用點(diǎn)。同時(shí)，在每一個(gè)降層作用點(diǎn)的附近都配套安裝粉塵濃度的光靈敏傳感器，可根據(jù)粉塵濃度的數(shù)據(jù)變化，對(duì)發(fā)射器實(shí)現(xiàn)光敏控制。

當(dāng)某個(gè)傳感器采集到粉塵濃度數(shù)據(jù)后，將通過(guò)I/O 管線傳輸信號(hào)至電子控制箱，同時(shí)將收到的信號(hào)集中與主控箱進(jìn)行處理，并且發(fā)出命令開(kāi)啟對(duì)應(yīng)編號(hào)的電磁閥，實(shí)現(xiàn)噴霧作業(yè)[4]。與之相反，傳感器處于信號(hào)空檔期時(shí)，將延遲噴霧作業(yè)的動(dòng)作，并且按照設(shè)定的延時(shí)時(shí)間與其他的傳感器周圍噴頭的噴霧作業(yè)時(shí)間相錯(cuò)開(kāi)。在自動(dòng)噴霧降塵裝置的電控箱內(nèi)，通過(guò)初始參數(shù)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)立體水幕的效果。ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置的工作原理如圖1 所示。

圖1 ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置的工作原理示意圖

2 ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置的參數(shù)和技術(shù)特點(diǎn)

2.1 工作參數(shù)

ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置已經(jīng)在某礦井工作面成功地進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn)，主要的運(yùn)行參數(shù)為主控箱的工作電壓為220 V；電壓變化范圍對(duì)應(yīng)工作電壓數(shù)值上限120%和下限80%；電磁閥的水壓設(shè)定為0.2～0.7 MPa；噴霧射出水霧的長(zhǎng)度應(yīng)大于5 m；水霧粒度應(yīng)保持在0.006～0.16 mm之間；噴霧的動(dòng)作響應(yīng)控制時(shí)間的誤差應(yīng)在2 s 之內(nèi)；噪音不得大于85 dB[5]。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

主控箱內(nèi)部控制線路采用的是MSC51 電腦芯片，放棄原來(lái)以PLC 為核心處理器的計(jì)算方式。通過(guò)該類芯片的安裝，可直接通過(guò)紅外遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)校。主控箱的控制信號(hào)是高電平，此時(shí)的電磁閥為關(guān)閉狀態(tài)。在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，是由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，開(kāi)啟線路中的電磁閥[6]。因此，在信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了電路雙通道的控制，避免了高、低電平的相互干擾。

除了上述技術(shù)特點(diǎn)外，ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置全程采用微電腦程序化控制，通過(guò)與后臺(tái)的顯示器連接，可實(shí)時(shí)對(duì)降塵裝置的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行查看。電磁閥都配備有自動(dòng)保護(hù)的自鎖功能，當(dāng)輸入信號(hào)異常或超過(guò)某個(gè)限值時(shí)，它將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的功能。該類型的噴霧降塵裝置還具備預(yù)設(shè)功能，可實(shí)現(xiàn)在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)之間的自動(dòng)噴霧。

3 自動(dòng)噴霧降塵作業(yè)的布置

結(jié)合自動(dòng)噴霧降塵裝置的工作原理，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程作業(yè)情況。在某段礦井工作面內(nèi)，一共布置9 個(gè)噴霧降塵作業(yè)點(diǎn)。根據(jù)開(kāi)采作業(yè)的工作強(qiáng)度、作業(yè)位置的間距、工序安排計(jì)劃等因素，綜合考慮9 個(gè)噴霧降塵點(diǎn)的位置。在每個(gè)噴霧降塵點(diǎn)的位置安裝傳感器，每個(gè)噴嘴的方向?yàn)?5°，設(shè)置噴頭的噴出水壓為6～7 MPa。同時(shí)，做好自動(dòng)噴霧降塵裝置的電氣保障，在工作面接入集成開(kāi)關(guān)，設(shè)置電壓應(yīng)不小于127 V。使得127 V的電纜能夠直接為主控箱進(jìn)行供電，并且配合高壓水泵的使用，在采煤機(jī)的頂梁前端對(duì)噴嘴進(jìn)行布置，直接向滾筒部位進(jìn)行降塵處理。在采煤機(jī)的后端布置電磁閥、控制箱和接收器，整體布置示意圖，如圖2 所示。

圖2 ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置布置示意圖

4 應(yīng)用效果分析

將ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置應(yīng)用于某礦井34177 工作面中，與其他防塵裝置形成了綜合防塵體系，提高應(yīng)對(duì)煤炭粉塵濃度升高的處置力度，尤其是對(duì)采煤機(jī)粉塵產(chǎn)生源頭進(jìn)行根源性控制的效果更優(yōu)。對(duì)布置后的礦井工作面進(jìn)行實(shí)地觀察后發(fā)現(xiàn)，采煤機(jī)行走至噴霧降塵點(diǎn)后，支架上光控接收傳感器接收信號(hào)后，電磁閥動(dòng)作，噴霧自動(dòng)開(kāi)啟，噴霧呈扇形狀，霧化效果較好；采煤機(jī)負(fù)壓降塵器噴出的霧狀水流范圍可達(dá)2.5～3.5 m，能夠?qū)L筒截齒作業(yè)區(qū)域的粉塵包裹。為了進(jìn)一步掌握自動(dòng)噴霧降塵裝置應(yīng)用前后降塵效果，進(jìn)行了為期2 個(gè)月的工作面粉塵在線監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：應(yīng)用自動(dòng)噴霧裝置后，各測(cè)點(diǎn)全塵降塵率為74.1%～91.7%，呼吸性粉塵降塵率為80.3%～92.7%，降塵效果明顯，尤其是滾筒截割落煤點(diǎn)及其附近的采煤機(jī)司機(jī)處全塵和呼吸性粉塵降塵率均超過(guò)90%。由此可以看出，采煤機(jī)周圍的粉塵濃度得到有效控制后，整個(gè)礦井工作面的粉塵濃度也得到降低，滿足國(guó)家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。分別對(duì)落煤點(diǎn)、移架處、上風(fēng)口等位置的粉塵濃度進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)結(jié)果滿足預(yù)期分析，各處關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn)的粉塵濃度都將會(huì)隨著采煤機(jī)周邊粉塵濃度的下降而下降，試驗(yàn)結(jié)果證明了ZP-I型自動(dòng)噴霧降塵裝置的應(yīng)用能夠?qū)ΦV井工作面的粉塵危害防治方面起到重要作用。

5 結(jié)論

1）確定單個(gè)工作面內(nèi)布置9 個(gè)噴霧降塵點(diǎn)最為合理；

2）將噴嘴的方向應(yīng)布置為45°，將噴出水壓設(shè)置為6～7 MPa，可以達(dá)到各測(cè)點(diǎn)全塵降塵率為74.1%～91.7%、呼吸性粉塵降塵率為80.3%～92.7%的效果，符合工程預(yù)期。