综采工作面注水降尘+红外线自动洒水降尘研究

周云飞

（长治市煤矿技术服务中心，山西 长治 046000）

煤矿井下综采工作面是煤矿开采的主要作业和施工现场，基于机械化作业程度的增大，综采工作面已成为主要的产尘源，粉尘问题较为突出。各煤矿以往在综采工作面采用的防尘降尘措施和技术都已无法有效降低粉尘浓度，粉尘浓度超标严重，并造成巨大危害，主要表现在以下几点：长期工作在高浓度粉尘环境中可导致尘肺病；高浓度粉尘环境在特定条件下可发生燃爆；粉尘沉积在开采机电设备上可导致设备无法正常运转；综采工作面粉尘浓度过高会影响现场的生产管理，降低开采效率。因此对综采工作面进行防尘和降尘研究是非常有必要的。长治市煤矿技术服务中心受东瑞煤业公司委托，对该公司综采工作面进行红外线自动洒水降尘研究，希望进一步改善粉尘浓度，实现煤矿的高产高效安全开采。

1 综采工作面粉尘治理现状分析

东瑞煤业公司综采工作面粉尘浓度较高，煤尘具有爆炸性，必须进行防尘降尘处理。东瑞煤业以往主要采用过注水预湿煤体降尘、调整采煤机结构降低截割产尘、采煤机内外喷雾、高压外喷雾、支架喷雾、负压引射降尘、注水降尘+二次负压降尘等多种防尘降尘处理作业，但整体来看，单独采用以上各种技术方案进行防尘降尘在实践应用中问题较多，防尘降尘效果不佳，粉尘浓度超标严重。针对这一情况，长治市煤矿技术服务中心通过市场技术调研，结合东瑞煤业公司综采工作面施工现场实况，提出了注水降尘+红外线自动洒水降尘的方案，并进行了实践应用。

2 综采工作面红外线自动洒水降尘系统分析

针对煤矿综采工作面的粉尘情况，提出采用红外线自动洒水降尘系统进行治理。该系统主要包括电路控制部分、喷雾水路部分、红外监控自动喷雾系统部分、架间红外自动喷雾系统部分。电路控制主要由PLC 主机、红外传感器、压力传感器、本安型稳压电源、电动球阀、遥控发送器、遥控接收器、无线发射器等组成；喷雾水路主要由高压胶管、水质过滤器、高效喷头等组成；红外监控自动喷雾系统（如图1）主要由手动开关、架前喷雾组、架后喷雾组、电磁阀、水源、控制器、红外探头等组成；架间红外自动喷雾系统（如图2）主要由红外线监控器等部件组成。

图1 红外监控自动喷雾系统示意图

图2 架间红外自动喷雾系统图

当采煤机进行移动时，采煤机上的遥控发送器扫描支架上安装的遥控接收器产生信号，该信号反馈到主机，主机自动控制电动球阀供水喷雾进行作业。

3 工业性试验

3.1 工程概况

山西煤炭运销集团古县东瑞煤业位于临汾市古县北平镇前窑沟自然村北，井田面积4.871 3 km2，保有储量2698 万t，批准开采煤层为2#～9#，设计生产能力60 万t/a。2101 综采工作面开采2#煤层，煤层厚度为1.12～2.95 m，煤层平均厚度为1.4 m。2#煤层火焰长度5 mm，加岩粉用量10%，煤尘具有爆炸性，必须控制粉尘浓度。

3.2 红外线自动洒水降尘系统的安装应用

对于2101 综采工作面，在采用注水预湿煤体降尘的基础上，再次使用红外线自动洒水降尘。在2101 综采工作面的10～44 架安设红外线自动洒水降尘系统，35 套主机安装在每个支架四连杆上，35套接受器主要安装在每个支架两中柱之间阀组靠上500 mm 位置处，35 套电动阀安装在每个支架前梁平面截止阀上，35 套压力传感器安装在每个支架阀组后位置处，1 个发射器安装在机组调高阀组位置处。在采煤机进行割煤作业时，必须将上风侧滚筒上方3 架喷雾和下风侧滚筒上方5 架喷雾装置打开，压力传感器控制支架降架和移架时的喷雾打开。

3.3 效果分析

为掌握2101 综采工作面应用“注水降尘+红外线自动洒水降尘”效果，2021 年6 月起对2101综采工作面采煤机司机处、移架司机处、回风巷12～14 m 位置、采煤机下风侧12 m 位置设置粉尘浓度监测点对粉尘浓度进行监测，测定结果见表1。

表1 2101 综采工作面注水降尘+红外线自动洒水降尘测定结果

同时该煤矿2103 综采工作面采用“注水降尘+二次负压降尘”，从2021 年6 月起对2101 综采工作面采煤机司机处、移架司机处、回风巷12～14 m位置、采煤机下风侧12 m 位置设置粉尘浓度监测点对粉尘浓度进行监测，测定结果见表2。

表2 2103 综采工作面注水降尘+二次负压降尘测定结果

从表1 可知，对于2101 综采工作面，在采煤机司机处、移架司机处、回风巷12～14 m 位置、采煤机下风侧12 m 位置，注水降尘+红外线自动洒水的总尘和呼吸尘的降尘率基本保持在85.3%～92.5%之间。从表2 可知，对于2103 综采工作面，在采煤机司机处、移架司机处、回风巷12～14 m 位置、采煤机下风侧12 m 位置，采用以往注水降尘+二次负压降尘的降尘率基本保持在78.3%～82.5%之间。结果表明：注水降尘+红外线自动洒水降尘的总尘和呼吸尘的降尘率明显高于注水降尘+二次负压降尘，降尘效果更为显著。

从表2 可知，在2103 综采工作面应用原注水降尘+二次负压降尘过程中，采煤机司机处降尘率较其他位置要高，降尘效果要强，采用煤层注水降尘时，距离工作面越近，降尘效果越好，距离工作面越远，降尘效果越来越差。但采用注水降尘+红外线自动洒水降尘系统可有效解决该问题，当系统自动检测到环境中的粉尘浓度超标后，系统会自动启动进行喷洒降尘作业，并实施实时的监控，可有效解决该难题。在2101 综采工作面当中，各位置处降尘效果均较好。在2101 综采工作面中应用注水降尘+红外线自动洒水降尘系统，可有效降低环境粉尘浓度，保障煤矿生产的安全性和可靠性。

4 结论

在分析东瑞煤业综采工作面粉尘治理的措施和存在的问题后，提出了应用注水降尘+红外线自动洒水降尘系统的治理方案。2101 综采工作面应用效果表明：各处总尘浓度降低至55.2 mg/m3以下，降尘率达87.2%以上，呼吸尘浓度降低至25.1 mg/m3以下，降尘率达85.3%以上，粉尘治理效果显著。红外线自动洒水降尘系统的应用有效降低了环境中的粉尘浓度，降低了工人吸入的粉尘量，保障了工人的身体健康，同时有效破坏了粉尘爆炸的条件，消除了粉尘爆炸的危险性，为东瑞煤业公司创造了较好的效益。