（西山煤電集團(tuán)公司鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030200）

煤礦井下作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，隨著煤礦機(jī)械化、智能化的不斷發(fā)展，機(jī)電設(shè)備不斷更新?lián)Q代，開采強(qiáng)度不斷加大，工作面粉塵也逐漸增加，不僅威脅井下工人的身體健康，而且嚴(yán)重影響相關(guān)設(shè)備的使用壽命和服務(wù)年限，制約了煤礦可持續(xù)發(fā)展。此外，粉塵達(dá)到一定濃度時(shí)存在爆炸的安全隱患，因此降低工作面粉塵濃度對(duì)煤礦安全生產(chǎn)至關(guān)重要。目前有煤層注水、噴霧除塵、通風(fēng)除塵等方式降低粉塵濃度，但是許多煤礦降塵除塵效果不佳。

綜上所述，通過改進(jìn)優(yōu)化采煤機(jī)噴霧降塵裝置，從根源上降低井下粉塵濃度，以確保煤礦安全生產(chǎn)。

1 粉塵運(yùn)移規(guī)律分析

1.1 滾筒割煤產(chǎn)塵規(guī)律

綜放工作面采煤機(jī)截割煤體時(shí)，粉塵濃度與采煤機(jī)運(yùn)行方向和風(fēng)流方向有關(guān)，粉塵的運(yùn)移擴(kuò)散與采煤機(jī)順風(fēng)或逆風(fēng)割煤相關(guān)。當(dāng)采煤機(jī)順風(fēng)割煤時(shí)，低滾筒處于采煤機(jī)前方，產(chǎn)塵點(diǎn)低，此外受重力因素影響，粉塵運(yùn)移距離較近；高滾筒迎風(fēng)流方向，截割煤體的位置較高，在向采煤機(jī)運(yùn)移過程中受重力影響，在較短的距離也能夠降落。當(dāng)采煤機(jī)逆風(fēng)割煤時(shí)，低截割滾筒迎風(fēng)流方向，但由于產(chǎn)塵位置低，受重力影響下也會(huì)飄移較近距離后沉降；高滾筒在后方，受風(fēng)力流動(dòng)方向影響，揚(yáng)塵位置高，運(yùn)移距離較遠(yuǎn)。

1.2 滾筒拋煤產(chǎn)塵規(guī)律

采煤機(jī)滾筒在拋煤時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)速?zèng)Q定產(chǎn)塵量。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速較慢時(shí)，煤屑拋出距離近，相互間碰撞幾率小，產(chǎn)生的粉塵少；當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速較快時(shí)，煤屑以較大的加速度從螺旋內(nèi)飛出，煤屑下落由于碰撞會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，并且在落地時(shí)依舊保持較大的加速度，接觸地面后破碎程度高，也會(huì)產(chǎn)生較多的粉塵，產(chǎn)生的粉塵運(yùn)移規(guī)律與上述采煤機(jī)位置和風(fēng)流方向相關(guān)。

1.3 移架產(chǎn)塵運(yùn)移規(guī)律

液壓支架在前移（落、拉、升）過程中，產(chǎn)塵位置高且產(chǎn)塵量較大，粉塵擴(kuò)散速度快且運(yùn)移距離遠(yuǎn)，綜采工作面主通風(fēng)道液壓支架前半部分是產(chǎn)塵較多的位置，由于受到風(fēng)流擾動(dòng)的影響，附近支架的前端粉塵濃度也較高。

2 ZCD新型高壓噴霧降塵裝置

鎮(zhèn)城底礦綜放工作面采用ZFS3000/16/25型輕型放頂煤支架和MG160/380WD滾筒采煤機(jī)，由于煤層在開采過程中注水效果不理想，煤層相對(duì)干燥，支架與煤壁之間形成的空間狹窄，采煤機(jī)工作時(shí)產(chǎn)塵量較大，在采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生高濃度的粉塵不僅嚴(yán)重阻礙工作人員的視線，而且還會(huì)加快儀器設(shè)備的磨損，嚴(yán)重危害工人的身體健康。為此在綜放面采煤機(jī)上加裝高壓自動(dòng)噴霧降塵裝置，與采煤機(jī)內(nèi)外噴霧聯(lián)合工作，以期取得良好的降塵效果。

結(jié)合綜放工作面采煤機(jī)兩個(gè)滾筒的采煤特點(diǎn)，技術(shù)人員通過技術(shù)革新，研制出一種新型ZCD型組合式采煤機(jī)自動(dòng)高壓噴霧降塵裝置。ZCD型采煤機(jī)自動(dòng)高壓噴霧降塵裝置由ZCD-A型和ZCD-B型兩種新型高壓噴霧降塵裝置組成，見圖1。

其中ZCD-A型高壓噴霧降塵裝置安裝于機(jī)體處，每個(gè)滾筒處各安設(shè)1個(gè)，ZCD-B型高壓噴霧降塵裝置安設(shè)在滾筒后部，每個(gè)滾筒處各安設(shè)2個(gè)。ZCD-A型高壓噴霧降塵裝置由5個(gè)噴嘴組成，噴嘴安設(shè)角度為-45°～45°。ZCD-B型高壓噴霧降塵裝置由4個(gè)噴嘴組成，根據(jù)采煤機(jī)工作實(shí)際情況，噴嘴噴霧角度能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)，在采煤機(jī)截割產(chǎn)塵濃度較高的位置，噴出的水霧能夠瞬間潤濕凝結(jié)煤塵，實(shí)現(xiàn)煤塵的有效封閉。ZCD-A和ZCD-B型高壓噴霧降塵裝置采用孔徑2.4 mm的3#含X形導(dǎo)流芯廣角旋口混合式噴嘴，噴射距離較遠(yuǎn)。圖2為CZD型組合式采煤機(jī)高壓噴霧降塵裝置現(xiàn)場安裝及應(yīng)用效果。

圖1 CZD-A和CZD-B型高壓噴霧降塵裝置

3 XSMD控制系統(tǒng)

采煤機(jī)自動(dòng)高壓噴霧控制系統(tǒng)的水電聯(lián)動(dòng)自動(dòng)噴霧控制子系統(tǒng)，采用的是礦方自行研制的XSMD型采煤機(jī)噴霧控制系統(tǒng)。該裝置具有體積小，重量輕，便于安裝，可靠性強(qiáng)，準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)。

3.1 工作原理

采煤機(jī)自動(dòng)高壓噴霧降塵控制系統(tǒng)主要由傳感器、電動(dòng)球閥和主機(jī)組成。其中，根據(jù)實(shí)際情況可以選用或加裝轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器、振動(dòng)傳感器以及紅外傳感器等。該裝置由PLC編程主控箱、電動(dòng)閥門、設(shè)備開停傳感器組成。當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)機(jī)開動(dòng)后，設(shè)備動(dòng)力電纜線中的電流，由開停傳感器感應(yīng)后，其內(nèi)部常開觸點(diǎn)閉合，此信號(hào)主控制板接收處理后，輸出電動(dòng)閥門打開（電動(dòng)閥門打開，由延時(shí)打開和立即打開兩種接法），電動(dòng)閥門延時(shí)30～300 S可調(diào)后關(guān)閉。XSMD型采煤機(jī)噴霧控制系統(tǒng)流程見圖3。

圖3 XSMD型采煤機(jī)噴霧控制系統(tǒng)工作流程

該系統(tǒng)整體構(gòu)架見圖4。在采煤機(jī)系列車后安裝一臺(tái)高壓泵及水箱，通過液管與采煤機(jī)切割電機(jī)上固定的噴霧裝置相連，通過組合開關(guān)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)與噴霧聯(lián)動(dòng)，開機(jī)開水。整套設(shè)備與采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，但采煤機(jī)開始工作時(shí)，能夠感應(yīng)采煤機(jī)工作狀態(tài)，通過控制加壓泵進(jìn)水噴霧；進(jìn)水安裝水位控制器和水質(zhì)過濾裝置，在低水位時(shí)加壓進(jìn)水，高水位時(shí)斷水，并且過濾水中砂石等雜質(zhì)，有效延長整套裝置的使用年限。整套設(shè)備無需額外工人看守，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開機(jī)、噴霧、加水?dāng)嗨龋S護(hù)量小，操作簡便。

圖4 采煤機(jī)自動(dòng)高壓噴霧降塵裝置

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

降塵機(jī)理先進(jìn)，維護(hù)量小，整套裝置與采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，無須人員操作，即采煤機(jī)開啟，噴霧裝置自動(dòng)開啟，使用期間不影響采煤機(jī)正常工作。整套裝置安裝水位控制器，能夠自動(dòng)控制進(jìn)水，實(shí)現(xiàn)缺水時(shí)自動(dòng)補(bǔ)水，水滿時(shí)自動(dòng)停止補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自動(dòng)化運(yùn)行。

4 應(yīng)用效果

通過現(xiàn)場試驗(yàn)，將噴霧除塵系統(tǒng)改進(jìn)前后進(jìn)行對(duì)比，在綜采工作面布置10個(gè)采樣點(diǎn)，監(jiān)測監(jiān)控粉塵濃度，效果對(duì)比見圖5。綜采工作面自動(dòng)高壓噴霧降塵裝置安裝之后，回風(fēng)側(cè)粉塵濃度已經(jīng)極大降低，工作面工人普遍反映工作環(huán)境得到很大改善。此外整套裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，減小了工人的作業(yè)強(qiáng)度，生產(chǎn)質(zhì)量和效率顯著提升。

圖5 改進(jìn)前后粉塵濃度變化對(duì)比

5 結(jié)語

本文通過技術(shù)革新，研制出采煤機(jī)新型自動(dòng)高壓噴霧除塵裝置。通過實(shí)踐驗(yàn)證，采煤機(jī)高壓噴霧降塵裝置作用效果明顯，煤塵濃度得到了極大程度的降低。

改進(jìn)后的采煤機(jī)自動(dòng)高壓噴霧降塵裝置工作穩(wěn)定，整套裝置體積小，功率高，在保證降塵效率的前提下，沒有增加采面工人的任何工作量，極大地改善了綜放工作面的作業(yè)環(huán)境，有效降低了截割過程中的產(chǎn)塵量，最大限度的保障了井下工人的身心健康。