煤矿综采工作面自动降尘系统设计及应用

李任重

（潞安化工集团有限公司，山西 长治 047100）

1 项目概况

煤矿井下粉尘浓度超标会影响职工的身心健康，同时存在粉尘爆炸等安全隐患。当前煤矿综采工作面架间喷雾多为扇面式喷雾、集中式喷雾等形式，其缺点是：（1）只对采煤机道至煤壁间粉尘进行喷雾捕捉，人行道处一直处于防尘盲区；（2）喷雾安装在综采液压支架的前上部，不便于维护且受煤壁滑落伤人的威胁；（3）喷雾降尘装置无法做到对粉尘浓度的自动监测，无法自动启动设备。

针对以上情况，以二次负压降尘装置为基础设计了一种新型自动降尘系统[1-6]。布置在工作面内的粉尘传感器对污染地点进行锁定并对该处区域进行降尘作业，在降低粉尘浓度的同时还能有效提高降尘效率。该装置在潞安化工集团有限公司五阳煤矿7607 综采工作面进行了实践应用。

2 负压二次降尘装置的设计及工作原理

基于负压二次降尘机理设计了新型液压支架架间喷雾负压二次降尘装置。该装置结构如图1，主要包括喷嘴、供水管、除尘口、侧部吸尘口、后部吸尘口等结构。本装置利用流体形成的喷雾场和负压风流场将矿井综采工作面上风侧采煤时产生的粉尘捕集后沉降。降尘喷雾装置由固吸尘口、水源插口、引射筒、Ⅹ型旋流喷嘴和负压回收罩等部分组成，可在水平方向360°旋转。X 型旋流喷嘴，可在综放工作面煤壁至液压支架立柱间形成全断面水雾场，同时在引射筒后部附近形成一个负压吸尘场，这样形成的喷雾场（釆煤机道喷雾场）和吸尘风流场（人行道）使粉尘从侧部和后部吸尘口吸入，从而避免了液压支架人行道除尘盲区的出现，实现了采煤工作面全断面除尘。

3 自动控制系统设计

综采面采煤机割煤及液压支架移架时的粉尘浓度较大，喷雾系统无法做到全面降尘控制，部分遗漏粉尘随风流飘浮无固定地点，但仍对工作面造成污染。针对这一情况，设计了煤矿井下粉尘自动控制系统。

煤矿井下粉尘自动控制系统以二次负压降尘装置为终端，用PLC 做操控体系核心，通过粉尘浓度传感器和人体红外热释传感器对信号进行采集，采集的信号经A/D 转换后传递给PLC 控制单元。当粉尘浓度传感器输出信号超过设定值且需喷雾区域无作业人员时，PLC 发出信号指令，开启电磁阀，开启二次负压降尘装置；当粉尘浓度传感器输出信号超过设定值但是喷雾区域有作业人员时，PLC 发出延时开启信号指令，等待人体红外热释传感器检测到工作人员离开后再进行开启；当粉尘浓度传感器检测到粉尘浓度降到合理范围内后，二次负压降尘装置自动关闭；当粉尘浓度传感器输出信号没有超过设定值时，PLC 发出关闭电磁阀信号。该装置工作流程如图2。

图1 负压二次降尘装置结构示意图

图2 二次负压降尘装置自动降尘系统工作流程图

4 实践应用及效果分析

4.1 工程概况

潞安化工集团有限公司五阳煤矿位于山西省襄垣县王桥镇境内，设计年产360 万t。五阳煤矿南以文王山北正断层为界，北至西川正断层，南北长约13 km，东西宽约10 km，面积78.364 9 km2。井田内的煤层主要分布在二叠系山西组和石炭系太原组，共含煤13层，总厚度为13.31 m，含煤系数8.17%，其中参与储量计算的3 个煤层平均总厚度8.62 m，可采含煤系数5.07%。7607 工作面属76 采区，采用放顶煤走向长壁采煤方法，综合机械化采煤工艺，开采顺序为区段下行式、工作面后退式，全部垮落法管理顶板，U 型通风系统。7607 工作面架间喷雾多为扇面式喷雾，采煤机采用内外喷雾，从实践效果来看，起到一定的降尘作用，但是效果还不太理想，因此采用设计的新型二次负压自动降尘装置进行优化改进。

4.2 二次负压自动降尘装置的安装

基于7607 工作面的实际情况，在该工作面每台液压支架上布置有3 个粉尘传感器和1 个红外人体传感器（如图3），可以实现对工作面粉尘浓度的全面信息采集。

图3 二次负压降尘装置及传感器布置

4.3 效果分析

对五阳煤矿7607 综采工作面二次负压自动降尘装置应用前后的粉尘浓度进行了监测，对降尘效果进行对比分析。粉尘浓度测点布置如图4。

图4 工作面粉尘浓度监测点布置图

各测点粉尘浓度监测结果见表1。

从表1 监测数据可知，7607 综采工作面的粉尘污染较为严重，原降尘措施的降尘率在45%左右，降尘效果不佳。采用负压二次自动降尘装置后，降尘率从45%左右上升到85%左右，取得了较好的降尘效果。

表1 各测点粉尘浓度监测结果

5 结论

五阳煤矿7607 综采工作面采用负压二次自动降尘装置后，降尘率从45%左右上升到85%左右，切实降低了采煤工作面的粉尘浓度。该装置的应用，有效地改善了采煤工作面工作人员的工作环境，减轻了工人劳动强度，社会效益和经济效益显著。