何清朝， 唐中偉

（琿春礦業(yè)（集團(tuán)）八連城煤業(yè)有限公司， 吉林 琿春 133300）

引言

粉塵危害極大，不但導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)境的惡化，而且加劇機(jī)械設(shè)備的磨損，縮短機(jī)械設(shè)備的壽命，危害職工的身體健康，導(dǎo)致各種職業(yè)病，更重要的是可能引發(fā)煤塵爆炸。因此，粉塵防治是煤礦災(zāi)害治理的重點(diǎn)。隨著機(jī)械化水平的不斷提高，礦井粉塵的產(chǎn)生量越來(lái)越大。根據(jù)八連城煤礦綜掘工作面的粉塵全塵質(zhì)量濃度高達(dá)28～32 mg/m3，生產(chǎn)期間，粉塵導(dǎo)致巷道能見度低。為解決綜掘工作面風(fēng)流中粉塵超標(biāo)問(wèn)題，掘進(jìn)巷道傳統(tǒng)方式主要是采用局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行正壓通風(fēng)除塵，在運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)和巷道內(nèi)安裝灑水噴霧裝置進(jìn)行降塵，但是受巷道斷面、長(zhǎng)度、風(fēng)量、掘進(jìn)工藝等影響，傳統(tǒng)通風(fēng)除塵降塵方法效果相對(duì)較差，且除塵自動(dòng)化水平低，無(wú)法達(dá)到掘進(jìn)巷道高效除塵的目的，不利于巷道安全快速掘進(jìn)。本文以72303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面為例，對(duì)掘進(jìn)巷道自動(dòng)控制灑水降塵系統(tǒng)進(jìn)行闡述和說(shuō)明。

1 72303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面概述

礦井消防供水與防塵共用一套系統(tǒng)。地面工業(yè)廣場(chǎng)清水泵房設(shè)置兩個(gè)消防水池，水池容量為1 000 m3和400 m3。地面消防水池采用焊接鋼管以靜壓方式向井下供水，總管路采用Φ159 mm 無(wú)縫鋼管、分支管路采用Φ108 mm 無(wú)縫鋼管，水壓力為4.6 MPa。

72303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面位于西七采區(qū)，屬于23 號(hào)煤層，煤層平均厚度1.7 m，煤層有爆炸危險(xiǎn)性。巷道東部為井田邊界，南部為72305 采空區(qū)，西部為西七區(qū)回風(fēng)巷，北部為72303 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)區(qū)域。72303 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為950 m，巷道斷面規(guī)格為4.6 m×3.0 m，72303 回風(fēng)順槽沿23 號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，煤層偽頂為泥巖，厚度0.85 m，直接頂為粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，厚度20.05 m，f=2.31，煤層底板為泥巖，厚度1.15 m，f=2.53。

截至2021 年12 月20 日，72303 回風(fēng)順槽已掘進(jìn)440 m，剩余510 m，掘進(jìn)工作面采用EBZ 200 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，采用DSJ-100 型皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸煤炭，掘進(jìn)施工進(jìn)度為8 m/d。72303 回風(fēng)順槽按規(guī)程要求安裝了消防供水管路、壓風(fēng)管路、排水管路，每隔50 m安設(shè)供水三通及支管，并在各轉(zhuǎn)載點(diǎn)安設(shè)灑水噴霧，在距工作面50 m 處安設(shè)全斷面風(fēng)流凈化水幕進(jìn)行降塵。生產(chǎn)期間，測(cè)塵人員現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，工作面粉塵全塵濃度達(dá)32 mg/m3，工作面能見度僅5 m。巷道采用噴霧灑水裝置進(jìn)行降塵，但實(shí)際噴霧效果差，噴頭水量大，達(dá)不到預(yù)期的降塵效果，粉塵濃度依舊超標(biāo)。對(duì)此，將原巷道降塵裝置進(jìn)行合理優(yōu)化，采用一套自動(dòng)控制氣水聯(lián)動(dòng)噴霧的除塵系統(tǒng)。

2 自動(dòng)控制灑水降塵機(jī)構(gòu)和工作原理

自動(dòng)控制灑水除塵裝置如圖1 所示。

如圖1 所示，自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)主要通過(guò)氣霧控制柜內(nèi)的液體控制單元、氣體控制單元以及控制系統(tǒng)，對(duì)外部的水源、氣源進(jìn)行高精度過(guò)濾和壓力調(diào)節(jié)之后將其輸送至外部管路；在外部管路中經(jīng)過(guò)二次處理，將液體和氣體調(diào)節(jié)至適合工作環(huán)境的物理狀態(tài),最后于霧化噴嘴處匯合,通過(guò)霧化噴嘴對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行降塵處理。其中控制系統(tǒng)能夠根據(jù)氣水輸送系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)電磁閥進(jìn)行控制,從而控制氣液兩路的開閉。當(dāng)有人員經(jīng)過(guò)時(shí),紅外感應(yīng)器感應(yīng)到10 m 范圍的人體信號(hào)后，控制單元電子閥開始動(dòng)作,對(duì)水源閥門進(jìn)行關(guān)閉，而氣源閥門正常開啟，僅保持氣源暢通，人員通過(guò)紅外感應(yīng)區(qū)后，控制系統(tǒng)向水源電磁閥發(fā)送命令,將其開啟。壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)將液體和氣體輸送到噴嘴, 在高壓氣體作用下, 水流通過(guò)高壓氣體進(jìn)行霧化，形成極細(xì)微的霧狀水珠顆粒,通過(guò)噴嘴射入巷道空氣中。霧狀水珠顆粒對(duì)空氣中飛揚(yáng)的粉塵進(jìn)行吸附捕捉,粉塵受重力作用而沉降,從而達(dá)到降塵的目的。噴嘴本體兩端上有一個(gè)高壓氣體入口“A”、液體入口“W”，安裝時(shí)，要將高壓氣體和供水管路分別接入噴嘴兩端。在煤巷掘進(jìn)時(shí)，為了提高煤塵的降塵率，礦井購(gòu)置了一批煤塵抑制劑，煤塵抑制劑的作用是在煤塵漂浮在水面時(shí)，起到破壞水的張力，讓煤塵易溶于水，沉積到水底。在煤塵抑制劑的作用下，自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)更好地捕捉粉塵，將空氣中的粉塵和地面沉積的粉塵更好的控制住。

自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)安裝在72303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面巷道內(nèi)，與工作面迎頭距離為50 m；集中控制器（PLC）安裝在巷道拉門口位置，分別與自動(dòng)噴霧系統(tǒng)、粉塵抑制系統(tǒng)有線連接，主要用于信號(hào)處理、指令發(fā)送等，是整套系統(tǒng)的核心配件。

3 自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)。72303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面安裝的自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)僅1 個(gè)集中控制器、1 組紅外感應(yīng)器、2 個(gè)電磁球閥、500mMHYVP-1*4*7/0.52 通訊線和1 組氣霧噴霧頭，便于人員安裝、管理和維護(hù)。氣霧噴霧噴嘴是頂針渦旋結(jié)構(gòu)，噴頭用于高壓、高強(qiáng)度反復(fù)使用，且噴頭外部有防塵口，相比傳統(tǒng)的銅制噴嘴，更加耐用、霧化效果更好，傳統(tǒng)的銅制噴嘴易出現(xiàn)煤粉、粉塵堵塞噴頭，抗高壓能力弱，因此，該噴嘴更耐用、更穩(wěn)定。自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)在72303 回風(fēng)順槽應(yīng)用期間，僅使用1 組氣霧噴霧嘴，未出現(xiàn)噴霧效果不好，設(shè)備失靈等故障，因此，該系統(tǒng)穩(wěn)定性高，簡(jiǎn)單易懂。

2）系統(tǒng)自動(dòng)性高。傳統(tǒng)的灑水噴霧裝置需要人員進(jìn)行手動(dòng)操作，而且傳統(tǒng)的灑水噴霧在消防供水管路安設(shè)的三通閥門進(jìn)行操作，人員需要通過(guò)皮帶運(yùn)輸機(jī)后開啟，給人身安全帶來(lái)危險(xiǎn)，同時(shí)，因Φ16 mm 銅制球閥反復(fù)開關(guān)，球閥易損壞且勞動(dòng)強(qiáng)度大，增加了降塵除塵的成本；而自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)通過(guò)電磁球閥受控制器控制即可達(dá)到自動(dòng)供水、供風(fēng)，雖然增加了一趟Φ10 mm 壓風(fēng)膠管，但實(shí)現(xiàn)噴霧降塵自動(dòng)化，解放了勞動(dòng)力，也起到了巷道降塵的目的，大大提高了巷道降塵自動(dòng)化水平。同時(shí)，傳統(tǒng)灑水噴霧裝置在噴霧降塵時(shí)，噴頭耗水量增大，經(jīng)測(cè)算傳統(tǒng)的一組銅制噴霧裝置耗水量為3 L/min，造成巷道內(nèi)出現(xiàn)積水、泥濘等問(wèn)題，而使用自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)后，同等的一組氣霧噴霧噴嘴耗水量為0.8 L/min，耗風(fēng)量為0.5 m3/min，減少了供水管路的水浪費(fèi)，降低了礦井粉塵防治成本，在節(jié)支降成上起到了積極作用，同時(shí)，自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)前后50 m 范圍內(nèi)巷道濕潤(rùn)、無(wú)積水、無(wú)泥濘，自72303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面安裝自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)后，巷道內(nèi)文明生產(chǎn)水平得到大幅度提高。

3）系統(tǒng)降塵率高。自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)在壓風(fēng)和供水的聯(lián)動(dòng)下，水幕霧化效果好，水滴顆粒小，對(duì)巷道內(nèi)的飛揚(yáng)的粉塵捕塵效果好；而粉塵抑制系統(tǒng)主要破壞水的張力，使得煤塵溶于水，對(duì)巷道內(nèi)積塵和浮塵顆粒吸塵效果好。在72303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面安裝該系統(tǒng)后，該巷道粉塵濃度為8 mg/m3，現(xiàn)場(chǎng)空氣清新，能見度達(dá)到50 m 以上。

4 結(jié)論

截至2021 年12 月20 日72303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面已掘進(jìn)440 m，巷道安裝了1 套自動(dòng)控制降塵系統(tǒng)。從兩個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，巷道內(nèi)粉塵全塵質(zhì)量濃度為8 mg/m3，巷道能見度提高至50 m 以上。該系統(tǒng)的應(yīng)用大大降低了巷道粉塵質(zhì)量濃度，保證了巷道安全快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。