張文浩

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山木瓜煤礦，山西 呂梁 033102）

隨著煤礦設(shè)備機(jī)械化、智能化水平的提高，煤礦生產(chǎn)效率大大提升，同時(shí)煤礦粉塵產(chǎn)生量也愈發(fā)嚴(yán)重，若不及時(shí)進(jìn)行除塵，會(huì)給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)重大安全隱患[1-2]。 目前井下主要大巷及工作面順槽使用的防塵方式普遍為手動(dòng)式凈化水幕及防塵網(wǎng)，此方式在有人或設(shè)備通過時(shí)，需要手動(dòng)打開/關(guān)閉凈化水幕及防塵網(wǎng)，在實(shí)際生產(chǎn)中因操作比較麻煩或人工的疏忽，往往導(dǎo)致凈化水幕及防塵網(wǎng)無(wú)法及時(shí)打開，起不到有效防塵的作用，也不便于井下現(xiàn)場(chǎng)的使用[3-6]。 開發(fā)一種采用除塵與凈化水幕相結(jié)合，在有人通過時(shí)能夠自動(dòng)打開或關(guān)閉除塵機(jī)構(gòu)的礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置具有重要意義。

1 礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置

1.1 結(jié)構(gòu)組成

針對(duì)現(xiàn)有礦用巷道除塵設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)使用與管理方面存在的缺陷，開發(fā)了一種礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 該裝置包括位于煤礦巷道斷面頂部的噴霧支架，噴霧支架底部橫向平行套設(shè)的水管及用于卷起或放下捕塵網(wǎng)的傳動(dòng)軸等部件構(gòu)成。 水管及傳動(dòng)軸上連接有自動(dòng)感應(yīng)開閉機(jī)構(gòu)，自動(dòng)感應(yīng)開閉機(jī)構(gòu)有設(shè)在噴霧支架處巷道兩側(cè)的紅外傳感器、 設(shè)在噴霧支架任意一端的礦用隔爆兼本安型自動(dòng)灑水降塵機(jī)及礦用隔爆電控式氣動(dòng)馬達(dá)組成。 紅外傳感器通過礦用隔爆兼本安型自動(dòng)灑水降塵機(jī)及礦用隔爆電控式氣動(dòng)馬達(dá)與紅外傳感器線路連接，兩端分別連接有水管。 礦用隔爆電控式氣動(dòng)馬達(dá)一端與傳動(dòng)軸的端部連接，另一端連接有氣管，水管的底部均勻設(shè)有噴頭，傳動(dòng)軸上連接有捕塵網(wǎng)。

圖1 礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置

礦用隔爆兼本安型自動(dòng)灑水降塵機(jī)及礦用隔爆電控式氣動(dòng)馬達(dá)平行固定在噴霧支架任意一側(cè)的安裝盒內(nèi)，水管及傳動(dòng)軸穿過安裝盒與噴霧支架接觸側(cè)后平行固定在噴霧支架上。 傳動(dòng)軸與噴霧支架連接時(shí)可通過軸承座進(jìn)行固定。

噴霧支架安裝于固定在巷道頂部的與巷道寬度匹配的角鋼上，角鋼兩側(cè)設(shè)有鐵皮。 鐵皮厚度為2 mm；角鋼寬度為30 mm。 水管上均勻設(shè)有三通管，三通管的底部螺紋連接有銅噴頭。 傳動(dòng)軸上橫向設(shè)有固定捕塵網(wǎng)頂部的凹槽，捕塵網(wǎng)的頂部固定在傳動(dòng)軸上。

1.2 使用原理

礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置配備有兩個(gè)紅外線傳感器。 在無(wú)人員設(shè)備通過時(shí)，捕塵網(wǎng)覆蓋巷道全斷面，噴霧保持常開狀態(tài)，能有效減少回風(fēng)巷粉塵；當(dāng)有人員設(shè)備通過時(shí)，紅外線傳感器接收信號(hào)，信號(hào)發(fā)送至自動(dòng)灑水降塵主機(jī)與電控式氣動(dòng)馬達(dá)，控制噴霧關(guān)閉及氣動(dòng)馬達(dá)開啟，轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)軸，自動(dòng)卷起捕塵網(wǎng)，人員通過后，紅外線傳感器接收信號(hào)，信號(hào)發(fā)送至自動(dòng)灑水降塵主機(jī)與電控式氣動(dòng)馬達(dá)，控制噴霧開啟及氣動(dòng)馬達(dá)開啟，轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)軸，自動(dòng)放下捕塵網(wǎng)。

礦用隔爆兼本安型自動(dòng)灑水降塵機(jī)型號(hào)為ZP127-Z，已取得“MA”標(biāo)志。礦用隔爆電控式氣動(dòng)馬達(dá)為2AM-V-0.68KW 型，紅外傳感器為GWD42 型。 ZP127-Z 礦用隔爆兼本安型自動(dòng)灑水降塵機(jī)在主控箱內(nèi)部設(shè)有多路信號(hào)處理電路、主控芯片、兩個(gè)繼電器、氣路電動(dòng)球閥和水路電動(dòng)球閥,在主控箱的頂面上鑲嵌有觸摸屏,主控芯片分別與兩個(gè)繼電器、 觸摸屏、 多路信號(hào)處理電路連接, 兩個(gè)繼電器分別連接氣路電動(dòng)球閥和水路電動(dòng)球閥,主控芯片還外接有電源,在主控箱外側(cè)還設(shè)有多個(gè)傳感器、氣源管道和水源管道,多個(gè)傳感器分別連接多個(gè)信號(hào)處理電路, 氣路電動(dòng)球閥的兩端連接氣源管道, 水路電動(dòng)球閥的兩端連接水源管道, 氣源管道和水源管道的出口分別連接風(fēng)水噴霧架。

2 應(yīng)用

2.1 礦井概況

木瓜井田位于山西省呂梁市方山縣大武鎮(zhèn)木瓜村一帶，地處河?xùn)|煤田離石詳查區(qū)，行政區(qū)劃隸屬方山縣管轄。

礦區(qū)對(duì)外主要交通道路為209 國(guó)道。 礦井工業(yè)廣場(chǎng)距209 國(guó)道約5 km，有簡(jiǎn)易公路相連通。礦區(qū)向東約5 km 為方山大武鎮(zhèn)，方山大武鎮(zhèn)為礦區(qū)主要交通樞紐，自大武鎮(zhèn)經(jīng)209 國(guó)道向南20 km和26 km 即抵呂梁市區(qū)和孝柳鐵路交口車站；向北25 km 可達(dá)方山縣城，交通運(yùn)輸條件較為便利。

2.2 煤層賦存情況

井田內(nèi)賦存含煤地層為山西組、太原組，總厚度159.07 m，含煤達(dá)15 層。 井田內(nèi)可采煤層共6層，分別為2、3、4、4下、9、10（9+10）號(hào)煤層。目前正在回采10（9+10）號(hào)煤層。

10（9+10）號(hào)煤層位于太原組下部，上距9 號(hào)煤層0～25.10 m，平均6.40 m。 厚1.20～6.52 m，平均3.27 m，含夾矸0～3 層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～較簡(jiǎn)單。 在擴(kuò)區(qū)東南部及西南部8、9、10 號(hào)煤合并為一層，合并厚度3.30～6.52 m。 屬全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層。 頂板巖性為泥巖、石灰?guī)r（L1）、炭質(zhì)泥巖或粗粒砂巖，局部在石灰?guī)r之下發(fā)育—薄層泥巖偽頂，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。

煤層揮發(fā)分Vad17.64%，Vdaf24.78%，火焰長(zhǎng)度300 mm 抑制煤塵爆炸最低巖粉量60%，有煤塵爆炸性，自燃傾向性為自燃，自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類。

2.3 礦井綜合防塵情況

礦井有完善的綜合防塵系統(tǒng)，地面有一座200 m3和一座400 m3的高山水池，并有兩座500 m3的礦井水處理站水池備用，礦井主灑水系統(tǒng)主斜井采用6 寸灑水管路，采區(qū)主要巷道及采掘工作面使用4 寸灑水管路，其它巷道采用2 寸灑水管路，要求灑水管路每50 m 設(shè)置一個(gè)三通，200 m 設(shè)置一個(gè)閥門，方便巷道沖洗。

礦井灑水系統(tǒng)使用水源井水，水量50 m/h 滿足要求，水質(zhì)符合生活用水標(biāo)準(zhǔn)。 在采區(qū)大巷口全部安設(shè)了凈化水幕，回采工作面正副巷各安設(shè)兩道凈化水幕，回采工作面使用機(jī)組加壓泵，并實(shí)現(xiàn)泵機(jī)連鎖,采煤機(jī)內(nèi)外噴霧壓力符合要求。 綜掘工作面安設(shè)兩道凈化水幕，綜掘機(jī)實(shí)現(xiàn)泵機(jī)連鎖,綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧壓力均符合要求，各轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧全部符合要求。

回采工作面嚴(yán)格按照要求進(jìn)行煤體注水，注水孔深不小于工作面長(zhǎng)度的2/3，同時(shí)注5 個(gè)眼，孔距為20 m，采用靜壓注水，注水壓力為2.5 MPa，確?；夭晒ぷ髅娣缐m效果。

井下采掘工作面、液壓支架產(chǎn)塵源、煤倉(cāng)溜煤眼和轉(zhuǎn)載機(jī)等轉(zhuǎn)載點(diǎn)上設(shè)置噴霧防塵裝置；采煤工作面回風(fēng)巷、 掘進(jìn)工作面以及易產(chǎn)生煤塵的巷道設(shè)置風(fēng)流凈化水幕；回采工作面實(shí)施煤體注水（鉆機(jī)型號(hào)：ZQJ-460/6.0S），綜掘機(jī)使用除塵風(fēng)機(jī)（KCS-225LZ），采 掘 機(jī) 組 使 用 噴 霧 加 壓 泵（BPW37/20J）；采掘工作面、采區(qū)系統(tǒng)巷道及主要進(jìn)回風(fēng)巷安設(shè)隔爆設(shè)施。

井下所用凈化水幕均為人工控制，人員或設(shè)備通過時(shí)，需要手動(dòng)打開/ 關(guān)閉凈化水幕及防塵網(wǎng)，在實(shí)際生產(chǎn)中因操作比較麻煩或人工的疏忽，往往導(dǎo)致凈化水幕及防塵網(wǎng)無(wú)法及時(shí)打開，起不到有效防塵的作用，使用效果不佳。

2.4 應(yīng)用效果

礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置在木瓜煤礦采區(qū)、礦井回風(fēng)巷及采煤工作面回風(fēng)順槽、 掘進(jìn)工作面回風(fēng)側(cè)等多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

通過控制裝置上的控制面板，可按24 小時(shí)時(shí)間制式任意設(shè)定每天定時(shí)噴霧的次數(shù)及噴霧持續(xù)時(shí)間，設(shè)置的參數(shù)通過裝置上的顯示屏顯示。 如設(shè)定每天灑水10 次，1 次灑水開始時(shí)刻為8:00，如需灑水5 分鐘，則1 次灑水結(jié)束時(shí)刻設(shè)定在8:05；第2 次灑水開始時(shí)刻為10:20，如需灑水30 分鐘，則2 次灑水結(jié)束時(shí)刻設(shè)定在10:50；依次類推。

定時(shí)噴霧過程中或即將噴霧時(shí)，如遇人員通過噴霧點(diǎn)，在光控傳感器作用下，控制裝置自動(dòng)暫停噴霧或延遲噴霧，暫停(或延時(shí))時(shí)間可調(diào)，并自動(dòng)提升防塵簾，人員通過后恢復(fù)噴霧或開始噴霧。

降塵裝置定時(shí)時(shí)鐘電路采用電池供電 （電池補(bǔ)償時(shí)間≥1年），井下停電對(duì)裝置設(shè)定沒有影響，恢復(fù)供電后，裝置按原來(lái)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行工作。

采用人為設(shè)定定時(shí)噴霧，提高了灑水降塵設(shè)施的利用效率，避免了巷道積水，井下巷道環(huán)境條件。

為了測(cè)試礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置應(yīng)用前后的除塵效果，在10-2061 綜掘工作面回風(fēng)巷安設(shè)了該除塵裝置，使用前后粉塵濃度測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析如表1 所示，粉塵測(cè)點(diǎn)包括轉(zhuǎn)載機(jī)尾、伸縮皮帶機(jī)下風(fēng)側(cè)、 距掘進(jìn)頭100 m 處及距掘進(jìn)頭200 m共4 處。

從表1 可以看出，礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置對(duì)全塵的降塵效率均超過了85%，最大為86%，對(duì)呼吸性粉塵的降塵效率均超過80.4%，最大為82.8%，說(shuō)明除塵裝置對(duì)呼吸性粉塵和全塵均具有很高的除塵率。 應(yīng)用結(jié)果表明，礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置利用紅外線感應(yīng)裝置自動(dòng)控制除塵簾及凈化水幕的升降，減少了人員及設(shè)備通過時(shí)的不便，提高了井下自動(dòng)化、智能化除塵水平；除塵風(fēng)簾與凈化水幕的結(jié)合，能夠更有效去除回風(fēng)巷內(nèi)的煤塵，減少回風(fēng)巷粉塵濃度，解決了粉塵帶來(lái)的安全隱患，更有利于職工身心健康。礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置簡(jiǎn)單、實(shí)用，降塵、除塵效果好，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

表1 除塵裝置使用前后粉塵濃度測(cè)定結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有除塵裝置的缺陷與不足，通過技術(shù)革新，開發(fā)了一種礦用自動(dòng)感應(yīng)式除塵裝置。 該裝置利用紅外線感應(yīng)裝置自動(dòng)控制除塵簾及凈化水幕的升降，減少人員及設(shè)備通過巷道除塵處時(shí)的不便，提高了除塵自動(dòng)化、智能化水平，且簡(jiǎn)單、實(shí)用，降塵、除塵效果好，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

該設(shè)備2020年9月4日獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利授權(quán)。 應(yīng)用表明，該設(shè)備不僅可用于煤礦運(yùn)輸大巷、井底車場(chǎng)、煤倉(cāng)、運(yùn)輸機(jī)、采掘工作面等處的噴霧降塵，還可應(yīng)用于金屬礦山、采礦廠、巖石隧道工程、水泥廠等需要降塵的工廠、礦山和工程作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。