镇城底矿皮带巷综合防尘技术及装备研制

李永红

（山西西山煤电股份有限公司镇城底矿，山西 太原 030200）

随着工业化的不断发展，粉尘的危害开始逐渐被认识，煤矿粉尘污染问题成为人们关注的重点。巷道煤尘具有产尘量大、尘源分散、粉尘分散度高的特点，严重影响安全生产。工作人员长期处于粉尘环境中，会产生尘肺病，严重危害身体健康；同时漂浮的粉尘也会对巷道中的仪器设备产生磨损，影响机械的使用寿命；当粉尘浓度过高时，达到爆炸极限范围，具有粉尘爆炸的危险[1-2]。在煤矿生产环节中，皮带转载点位置的产尘是重要尘源之一[3-4]。煤尘受到皮带牵引流、落煤诱导空气流和剪切压缩气流的影响，会在转载点处产生大量粉尘[5]。

镇城底矿主要皮带巷有5 条，其中布置皮带转载点15 个，煤仓、溜煤眼10 个。在转载和卸载过程中煤尘产尘量较大，导致皮带巷中粉尘浓度较高。针对实际情况，从喷雾除尘、防尘罩、除尘器三方面考虑，提出了综合防尘技术和装备。

1 皮带巷综合防尘技术及装备

1.1 喷雾除尘

（1）喷雾联动

将联动法与粉尘传感功能相结合形成喷雾装置，可以使设备具有自动控制功能，不仅提高了水资源的利用率，还简化了操作程序，减少了操作人员，避免了尘肺病的危害。自动喷雾功能是通过连接启动开关与输送机来实现的，通过球形阀将喷雾装置与运输机联锁在一起。具体的操作如下：在输送机运输煤块的过程中，煤块下落会冲击球形阀的杆子，带动球形阀移动打开球阀，此时便实现了自动喷雾功能。该系统结构简单，操作安全，制造、维修都很简便，性价比较高。联动法示意图如图1所示。

（2）粉尘浓度超限自动喷雾降尘系统

针对胶带运输煤炭过程中煤尘问题，研发了输煤系统一体化自动喷雾降尘系统。该系统能够自动检测设备运转效率和巷道内粉尘浓度，根据设备适用情况和粉尘浓度调整喷雾流量，实现高效自动喷雾降尘。按照工作面产尘不进后路、后路不进采区、采区不进总回的原则，采取封锁手段，极大程度地缩小了粉尘污染的范围。粉尘浓度超限自动喷雾降尘系统在采掘工作面回风流处的应用，使风流中的粉尘浓度在规定值以下，在采区回风巷安装净化水幕对风流进行进一步净化，减少了污染范围，减少了除尘、擦尘的工作量。

粉尘浓度超限自动喷雾降尘系统主要由粉尘浓度传感器、执行器（控制箱）、隔爆兼本安多路电源、矿用防爆电磁阀及参数设置遥控发射器等部分组成。

图1 联动法示意图

（3）降尘系统工作原理

① 粉尘浓度传感器实时监测作业场所的粉尘浓度，并向控制箱发送粉尘浓度信号。控制箱接收到信号后，与设定粉尘浓度值进行比较，若高于设定值，电磁阀自动打开，启动降尘系统；若低于设定值，则反之。

② 考虑到作业场所人员的移动，设置了自动感应。在喷雾时人员经过，系统会暂时关闭。

③ 考虑到电磁阀在设定值范围内频繁开关，设置了一定的回差范围和延时时间。例如：设置粉尘浓度值为30 mg/m3，上回差固定值为6 mg/m3，延时15 s；下回差固定值设置为8 mg/m3，延时30 s。非喷雾状态到喷雾状态的实际切换点在36 mg/m3以上，延时15 s 开始喷雾；反之在22 mg/m3以下，延时30 s 停止喷雾。

④ 在延时时间内，若有新的检测信号，电磁阀将会重新计时。

（4）降尘系统工作方式

自动喷雾降尘系统工作方式如图2 所示，该工作方式主要应用于不同的2 个巷道内的喷雾降尘。1台控制箱下连接2台粉尘浓度传感器（A路、B路），每台粉尘浓度传感器下又连接2个光控传感器，1路、2 路为A 组，3 路、4 路为B 组。每一路光控传感器下连接1 个电磁阀，共4 个，分别对应为：1 路、2 路、3 路、4 路。控制箱以接收到2 台粉尘浓度传感器中最大的粉尘浓度值作为控制依据（H=2）。当其中一台检测值高于设定值时，系统运行，开始喷雾；当两台都低于设定值时，系统关闭，喷雾停止。当A 组中任意1 个光控传感器检测到人体信号，A 组就暂时停止喷雾，B 组仍正常运行；当B 组中任意1 个光控传感器检测到人体信号，B 组就暂时停止喷雾，A 组仍正常运行。

图2 自动喷雾降尘系统工作方式示意图

（5）转载点移动式半封闭喷雾、旋转自动喷雾

喷雾的雾化效果取决于喷嘴的质量，好的喷嘴质量，雾化效果更显著，其降尘效果更佳。在转载点喷雾系统中采用具有双头导流芯的喷嘴。喷嘴芯与喷嘴体的设计为间隙配合，在喷嘴体上设置压盖，固定喷嘴芯，此设计便于拆卸清理。在设计中，喷嘴的出口直径选择为1.4 mm，喷嘴芯设计为X 形，提高了水流在喷嘴中的旋转力量，使得水流在高速运动下被喷出，在横纵向上都获得了较高的加速度，增大了扩散角，提高了喷雾雾化的程度，降尘效果极佳。

1.2 防尘罩

为了控制空气环境中悬浮的粉尘范围，防止粉尘大面积的扩散，封闭系统的设计显得尤为重要。在皮带输煤转载点处，可以选用局部密闭罩将尘源封闭起来，在转载点部位形成封闭抑尘系统。局部密闭防尘罩的捕尘原理和安装示意图，如图3 所示。

在各装载点及卸载点处用风筒布或帆布包起，防止卸载点煤体落下时煤尘飞扬和向外扩散，此外设计了透明全封闭罩，彻底解决装载皮带运输产尘问题。防尘罩体构架使用40 mm×4 mm 角铁，固定钢板使用8 mm 厚钢板。在转载点处，若落差超过0.5 m，则必须安装溜槽或导向板。

1.3 除尘器

在煤尘除尘器的选择上，可以选择静电除尘器、袋除尘器和湿式除尘器。上述三种除尘器，结合经济效益和应用效果的综合分析，选择袋除尘器最佳。袋除尘器的使用不受煤尘特性的限制，适合局部的除尘，在现场可以起到很好的除尘效果。

图3 局部密闭防尘罩的捕尘原理和安装示意图

2 应用效果分析

选择西山煤电股份有限公司镇城底矿作为应用现场，该煤矿年产量大，矿井通风量也大。现场的试验设计选择在主运输巷道前后两个转载点，分别标记为1 号、2 号。该位置的空气流动速度达到2.7 m/s，胶带转速3.8 m/s，带宽1.2 m，转载落差0.5 m，静压水压力2.7 MPa。分别在1 号和2 号距转载点0.5 m、3 m、5 m、10 m 处进行粉尘浓度测量，测量结果如表1、表2 所示。

表1 1 号转载点测定数据

表2 2 号转载点测定数据

由表1、表2 可知，八个位置的除尘率都达到了85%以上，1 号5 m 处的除尘率达到了89.03%，2 号3 m 处的除尘率达到了89.01%。实际应用的除尘效果显著，有效地解决了粉尘污染的问题。

3 结语

西山煤电股份有限公司镇城底矿皮带巷综合防尘技术及装备，操作简单安全，简化了操作程序，降低了劳动力，极大程度地提高了水资源的利用率，真正意义上实现了智能、绿色的喷雾洒水。经过现场实际应用，煤尘得到了较好的控制，各个转载点处的粉尘明显降低，能够较好地解决目前皮带巷粉尘浓度超限的问题，不但增加了皮带巷的安全系数，而且能为井下职工创造安全的工作环境。