煤矿井下防尘自动喷雾装置的设计与应用研究

2021-07-28冯中华

机械管理开发 2021年6期

冯中华

（晋能控股煤业集团朔州煤电王坪煤业公司，山西朔州 038300）

引言

某煤矿的年产煤量是45万t，现主要开采煤层是3号煤层，平均厚度为3~8 m，有0°~20°的倾角，煤层的深度为460 m，煤质是中高发热量气煤，局部含有焦煤，煤层有56 d的自然发火期，有较低的瓦斯含量，属于低瓦斯矿井，煤尘的爆炸指数为41.37%，因此，如何减少煤尘含量，控制煤尘飞扬，是减少煤尘爆炸的关键。

1 尘源分析

在井下开采过程中，输送机的转载、破煤机破煤、机组割煤、移架和放煤等作业，都会产生大量的煤尘。其中，机组割煤是工作面的最大尘源，也是产生煤尘的主要部分，且持续的时间较长[1]，在割顶煤时，支架前探梁的掩护板会被收回，随着前滚筒的不断升高，在前探梁上割煤，顶板出现垮落从而产生大量的煤尘，在掘进时，通过相互挤压使岩体垮落，进入溜槽后，岩体相互碰撞而产生大量的煤尘，且粉尘的浓度较大，煤尘的产生及含尘气流运动方向如图1所示。在移架过程中，液压支架来回进行升降，导致支架上方的岩体出现破碎，在支架移动的过程中，岩体会沿缝隙落下，从而产生较多粒径较大的粉尘。在放煤过程中，煤尘在进风流的作用下，沿放煤溜槽进入回风流，产生煤尘。

图1 煤尘产生及含尘气流运动方向示意图

2 防尘自动喷雾装置设计

通过分析工作面产生煤尘的原因，目前单一的降尘措施已经不能满足降低工作面粉尘浓度的要求，因此，采用负压诱导式自动喷雾装置[2]来有效降低工作面的粉尘浓度。

自动喷雾装置主要由喷雾总成、供气电动球阀、供水电动球阀、主控制器、传感器等部分组成，具体的电气参数如表1所示，自动喷雾装置的原理是利用高速气雾射流，在以负压喷头为圆心的1 m范围内产生负压，将煤尘吸入雾柱内，喷雾装置中喷出的雾粒会击中雾柱内的粉尘[3]，将粉尘浸湿使其降落，从而达到自动除尘的效果，使用这种方法，产生的雾粒较小，影响范围较大，降尘效果较好。

表1 自动喷雾装置电气参数

负压诱导式自动喷雾装置是采用气水混合的方式对巷道和工作面的煤尘进行喷雾降尘，喷雾总成通过负压诱导式喷头将雾喷出，喷头雾化出的颗粒较小，可达到10μm，用水量较少，雾体范围大，可以调节雾体的作用范围以及水滴的运动速度，对巷道和工作表面及时补湿，提高空气的湿度。随着外界风动的影响，这些湿润的表面能够吸附工作面内的煤尘，从而避免了煤层的自燃和爆炸，降低煤尘对工作面的影响。

自动喷雾装置系统中探头在接收到外界环境信号后，会将接收到的信号转化成可识别的电信号，通过电缆将电信号传输到主控制器中，主控制器便会对接收到的信号进行预处理，将干扰信号剔除，并最终传输到CPU中，此时固态继电器开始工作，根据固态继电器的指令，驱动喷雾装置的电磁阀，从而实现自动喷雾。自动喷雾主控制器的工作原理如下页图2所示[4]。

图2 自动喷雾装置主控制器工作原理

自动喷雾装置在正常工作期间，电磁阀处于开启的状态，会根据设定自动进行喷雾来降尘，在传感器发射和接收到前方有物体阻隔后，探头内部的电压信号会出现相应变化，将信号反馈给主控制器，从而使驱动电磁阀关闭，停止喷雾作业，同时设定一定的延时时间，在到达设定的延时时间后，系统会自动开启固态继电器，驱动电磁阀开启，进行喷雾作业。自动喷雾装置的具体安装示意图如图3所示。

图3 自动喷雾装置安装示意图

3 防尘自动喷雾装置应用效果分析

在某煤矿3号工作面中验证自动喷雾装置的效果，对几个主要测尘点进行浓度监测，并对使用自动喷雾装置和未使用自动喷雾装置的监测结果进行对比，结果如表2所示。

从表2中可以看出，在割煤作业中，使用自动喷雾装置的粉尘质量浓度可从13.5 mg/m3降低到7.0 mg/m3，比未使用自动喷雾装置的粉尘质量浓度降低约48.14%，在移架作业中，使用自动喷雾装置的粉尘浓度约4.7 mg/m3，而未使用自动喷雾装置的粉尘质量浓度约12.4 mg/m3，在放煤作业中，使用自动喷雾装置的粉尘质量浓度约6.0 mg/m3，而未使用自动喷雾装置的粉尘质量浓度可达13.6 mg/m3，在工作面回风巷，使用自动喷雾装置比不使用自动喷雾装置的粉尘质量浓度约降低50.37%。通过对各个主要尘点的监测可见，各测点的粉尘浓度都大大降低，降尘效果较好。