综采工作面新型设备降尘技术研究

赵建成

(西山煤电集团公司 斜沟煤矿，山西 兴县 033600)

·试验研究·

综采工作面新型设备降尘技术研究

赵建成

(西山煤电集团公司 斜沟煤矿，山西 兴县 033600)

通过利用采煤机割煤和支架移架一套防尘系统全部自动喷雾降尘装置，对某煤业有限责任公司2105综采面的粉尘浓度进行降除，使综采面粉尘浓度控制在一定范围内。研究结果表明：目前采用的装备和防尘技术已不能适应要求，且综采工作面粉尘浓度严重超标，危险较大。对于实现综采工作面采煤机割煤和支架移架一套防尘系统全部自动喷雾降尘的功能，能够确保综采工作面平均降尘率达到40%～60%左右。研究结果对于缓解矿井综采面危害，保障职工的身体健康和生命安全具有重要意义。

综采工作面；粉尘治理；红外线感应遥控喷雾系统

随着煤矿高产高效和采煤机械化程度的提高，工作面单产大幅度提高。综采工作面是煤矿井下产尘量最大的作业场所，严重威胁着井下职工的身体健康和生命安全。因此，综采工作面粉尘防治已成为当前煤矿安全生产的重点工作和难题之一。

为使综采面粉尘浓度控制在一定范围内，有必要进行粉尘治理方面的研究，主要通过实现综采工作面采煤机割煤和支架移架一套防尘系统全部自动喷雾降尘的功能，使得综采工作面平均降尘率达到40%～60%. 本文从采煤机割煤时滚筒尘源智能跟踪系统、支架移架自动喷雾系统、采煤机割煤和支架移架自动喷雾合并为一个系统、高效喷雾降尘系统以及系统可靠性及稳定性方面进行实验研究。

1 红外线随机感应自动喷雾试验系统设计

1.1 实验设计方案及原理

主机部分采用MCU微控制芯片，真正实现全自动智能化，采用现场通信技术CAN网处理，实现了单片机多机之间的“对等式”通信，改进了以往使用RS232通信的局限，功能设置采用红外遥控技术，为现场的操作使用提供了极大的方便。

在使用过程中，电路设计采用了对等式单片机多机CAN系统通信手段，克服了以往的“主从式”多机通信的缺点，实现任意节点可以既为主机也可为从机，使综采工作面采样信号能实时随动跟踪控制[1]. 所谓对等式通信，即单片机多机系统中的数据交换直接存在于任意两点之间，并不经第三方，由于 CAN是多主方式工作，因此数据可以在任意时间向网络任意两点之间发送，而不分别主从关系，所以该设计是在CAN控制的单片机通信系统的组成基础上进行研发而成。系统的组成原理图见图1.

图1 系统的组成原理图

系统的发送过程是将采煤机经过其节点或液压支架移动时，通过红外接收传感器或压力传感器接收到的信号，或对采煤工作面要求跟踪的喷雾时间、间隔数量、喷雾数量等设置数据经过处理后依照CAN规范规定通信格式将数据写入CAN控制装置的发送缓冲区内让另外的节点接收[2].

硬件电路使用了光电隔离器件，使用本安和非本安二组电源，使系统的抗干扰性能得到有效提高，为了符合煤矿的安全生产要求，应将本安和非本安电路隔离，并且电阻和抗干扰脉冲二极管应接在CAN输出总线上，使电路的抗干扰性能进一步提高，终端电阻用于通信过程抑制电磁辐射，也用于抗干扰处理和保障通信数据的正常传送[3].

独立的CAN控制器，自动地发送和接收数据，不需要MCU的控制，不占用MCU的大量资源，为数据的及时性和正确性提供有效的保障。

1.2 红外线感应自动喷雾系统

PZ-127/380型红外线感应自动喷雾装置共计129架，其中主机129套安装在每个支架四连杆上。接收器安装在每个支架的EEP电控箱上[4，5]. 由于该设备是第一次使用，期间需要经过多次调试处理。电磁阀安装在主机箱右侧环上，每个支架阀组安装一个压力传感器，机组调高阀组上安装红外发射器。

在采煤作业时应留有2 min左右时间使机组红外发射器对正支架相隔上风侧4架及下风侧5架进行充分喷雾(时间可控)。机组每往前行进一架，机组前行的方向则增加一架自动喷雾。相邻3架支架会在压力传感装置控制支架降架和移架时自动喷雾8 s(液压调控，架数及时间可调控)[6，7].

红外线传感器采用了特定载波的红外波信号，虽然以往的红外传感器也是红外波，但由于发射和接收的不是特殊载波，普通光波和人体产生红外波，所以对接收器的干扰较大，常常会产生误动作，本次实验总结了以往经验，外壳采用浇钢制造，外形呈80 mm×80 mm方形，坚固耐用，安装灵活方便，所有设计过程中避免了以往的缺点，使此次实验得到进一步的完善[8-10].

接收传感器设计原理和电路框，见图2.

图2 接收传感器电路框图

传感装置的接收部分采用IRM38AP 内含高速高灵敏度PIN光电二极管及低功耗、高增益前置放大IC，采用塑封内屏蔽设计，内含滤波电路系统，在红外遥控系统中作为接收器使用，使得性能更加稳定[11].

2 2105综采面粉尘浓度现场实测及数据分析

2.1 综采面生产条件

山西某煤业有限责任公司，井田面积144 km2，地质储量18.39亿t，3#煤层地质储量9.03亿t，设计可采储量4.39亿t.

该矿井目前开采3#煤层，3#煤层位于山西组下部，煤层厚度4.6～5.7 m，平均5.03 m，为全区稳定可采煤层，煤层结构较简单，大多含1～2层夹矸。综采工作面采用走向长壁一次采全高后退式自然垮落综合机械化采煤法、全部垮落法管理顶板。该项目工业性试验地点为2105工作面。

2105综采工作面东侧为1103巷，已掘；北侧为1307工作面，正在掘进；南侧为1305工作面，未掘进及回采。2015工作面可采走向长度为1 962 m，倾斜长为219.5 m，面积430 659 m2，煤层厚度3.7～5.4 m，平均4.48 m，煤层倾角1°～8°，平均6°，工业储量为2 739 680.29 t，可采储量为2 547 902.67 t，工作面回采率为93%. 该工作面为3#煤一次采全高，工作面平均采高为4.48 m，工作面沿顶、底板推进，循环进度0.865 m. 根据规程回采工作面风量计算，遵循以风定产原则。采用四-六制作业(1个检修班，3个生产班)，确定循环方式为日进4个循环。

工作面采用五巷布置，采用三进二回通风方式，其中21053巷为进风巷、运料巷，21055巷为进风、运料巷，21051巷为进风、运煤巷，21052巷、21054巷为回风巷。

2.2 粉尘浓度现场测试

试验分4次使用红外线感应遥控喷雾系统对2105综采面进行测尘。首先对比红外线感应自动喷雾系统开启前后可知，开启前测定的工作面全尘平均浓度为235.98 mg/m3，呼吸尘平均浓度为54.23 mg/m3，启用后，工作面全尘浓度分别为133.93 mg/m3、130.32 mg/m3、130.55 mg/m3、132.54 mg/m3，有了明显下降；呼吸尘浓度分别为22.65mg/m3、24.02 mg/m3、23.18 mg/m3、28.08 mg/m3，下降也很明显；降尘效果明显，降尘率在40%～60%.

第一次使用红外线感应自动喷雾装置前后全尘浓度测试对比试验结果见表1. 第一次测尘浓度对比见图3.

表1 第一次使用前后全尘浓度测定对比表

图3 第一次测试粉尘浓度对比图

第二次使用红外线感应自动喷雾装置前后全尘浓度测试对比试验结果见表2. 第二次测尘浓度对比见图4.

表2 第二次使用前后全尘浓度测定对比表

图4 第二次测试粉尘浓度对比图

第三次使用红外线感应自动喷雾装置前后全尘浓度测试对比试验结果见表3. 第三次测尘浓度对比见图5.

表3 第三次使用前后全尘浓度测定对比表

图5 第三次测试粉尘浓度对比图

第四次使用红外线感应自动喷雾装置前后全尘浓度测试对比试验结果见表4. 第四次测尘浓度对比见图6.

图6 第四次测试粉尘浓度对比图

从以上数据可以看出，无论红外线感应自动喷雾装置启动前后，粉尘浓度在机组后向转载点处逐渐降低，在转载点向回风流及工作面浓度开始逐渐增大，这是由于在转载点处产尘最少，所以转载点处浓度最低。

表4 第四次使用前后全尘浓度测定对比表

通过使用ZPZ-127/380型红外线随机感应自动喷雾装置，综采工作面的全尘浓度和呼尘浓度都有明显的降低，平均降尘在50%左右，有效控制了粉尘浓度。沿着风流方向，粉尘不断向风流方向和采空区扩散，司机处粉尘浓度可达到200 mg/m3，在启动装置之后，粉尘浓度逐渐下降趋于稳定。

3 结 论

通过利用采煤机割煤和支架移架一套防尘系统全部自动喷雾降尘装置对2105综采面粉尘浓度进行测试，实验结果如下：

1) 综采面80%以上的煤尘是在采煤机采煤过程中产生的。影响粉尘的危害因素很多，如：粒径、黏附性、爆炸性等，而风流是控制粉尘运动及分布的关键因素，通过对粉尘捕集理论进行阐述，分析了ZPZ-127/380型红外线随机感应自动喷雾对降尘的影响。最后对喷雾机理进行介绍，得出此套试验方法在该矿比较适用。

2) 通过此次试验，可证明ZPZ-127/380型红外线随机感应自动喷雾项目技术降尘效果明显，采煤机司机处粉尘浓度可降至200 mg/m3以下，工作面回风巷粉尘浓度可降至50 mg/m3以下，实现了试验预期目标，取得巨大的经济和社会效益。

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Study on Dust Removal Technology with New Equipment in Fully Mechanized Face

ZHAO Jiancheng

The previous equipment and dust control technology can not meet the requirements in No.2105 fully mechanized mining face in a coal mine, dust concentration seriously exceeded, put the work face under great risk. With the application of a set of dust removal system which consists of automatic spray to reduce the dust, the average dust reduction reached 40% to 60%. The results of the study are of great significance in alleviating the hazards in work face and in guaranteeing workers' health and safety.

Fully mechanized coal mining face; Dust control; Ultra-red sensor remote spray system

2016-12-23

赵建成(1987—)，男，山西大同人，2012年毕业于黑龙江科技学院，主要从事煤矿井下通风管理工作 (E-mail)501824341@qq.com

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1672-0652(2017)01-0046-04