翟鎮煤礦采煤面防塵智能化系統研究

佟 強,車玉龍,楊仁樹,許 鵬

(1.山東能源新礦集團，山東 泰安 271207；2.中國礦業大學(北京)深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室，北京 100083)

近年來，隨著煤礦井開采強度和機械化程度的不斷提高，井下產塵點和產塵量也不斷增加[1]。在礦井生產環節中，都會產生大量的煤塵和巖塵，這統稱為粉塵,其危害性極大，能污染工作場所，危害人體健康；煤塵在一定的條件下還可以發生爆炸，釀成嚴重的災害[2]。針對煤塵的防護問題得到了煤炭企業的高度重視，同時國內許多學者也做了大量的研究工作，取得了大量的研究成果[3-8]。研究內容多數圍繞綜采煤，炮掘面等，研究智能化系統防塵技術相對較少，本文通過對采煤面防塵智能化系統設計，從產塵主要環節入手，系統治理煤塵給采煤面帶來的不利影響。經過翟鎮煤礦的實踐驗證，該系統具有很好的防塵效果。

1 采煤面防塵智能化系統設計

翟鎮煤礦采煤工作面全部采用綜合機械化開采，煤層含水低，根據現場檢測觀察，綜采工作面產塵的主要環節根據產塵量的大小可分為以下幾個環節：①采面高滾筒切割煤層時，上部煤(巖)快速下落，產生大量粉塵，這類粉塵主要是從底板向四周擴散；②滾筒強力切割煤(巖)體時產生大量的粉塵，此類煤塵隨滾筒的移動而移動；③機組與溜子之間形成通道煤炭下運，風流上行，在機組下部形成粉塵流沿通道上行并向外擴散流動；④裝運轉載過程中產生粉塵；⑤采煤支架移架降架時。根據以上粉塵產生和擴散的特點，通過應用以下設備進行防治粉塵。

1.1 采煤機內外噴霧裝置

采煤機工作運轉割煤時，工作面產生的煤塵的濃度高達212mg/m3，遠遠地超過了《煤礦安全規程》規定的濃度，為了更有效的降低煤塵的擴散，首先從煤塵的源頭治理，在采煤機上安設了內外噴霧裝置，更加直接有效的防治煤塵，降低回采工作面割煤時所產生煤塵的生成量，使煤塵的濃度降低到40 mg/m3，減少了煤塵的蔓延擴散量。

1.2 光電噴霧裝置

對架間噴霧裝置進行改進，由傳統的人工開啟改為了光束傳感器來控制電磁閥工作，實現開關架間噴霧。

1.3 新式移架降架噴霧裝置

如圖1所示，新式移架降架噴霧裝置工作原理是通過立柱降柱打開雙向鎖A腔，使一部分液體從雙向鎖進液口進入使其打開閥芯，液體通過出液口進入閥組，A腔打開同時B腔也隨之打開構成回路。將防塵主管通過一根Φ10mm膠管接入雙向鎖進液口3，再通過膠管將回液口4與架間噴霧相聯，這樣工作液打開A腔，B腔也同時打開，通過以上循環就實現了降柱的同時自動打開防塵管路。

圖1 新式移架降架噴霧裝置示意圖

為了使本架不受外部回液的影響，在本架回液管路上加一個單向交替閥，用回液主管路壓力將交替閥的一個腔閉住，使本架不受影響，在雙向鎖與立柱上腔之間的一球閥，使其打開五分之一，使液體僅能打開雙向鎖為宜，不至于降架時影響立柱降架速度。

1.4 煤層注水裝置的研究

MK-3型全液壓坑道鉆機，該鉆機功率大(15kW)鉆孔傾角容易掌握，用Φ42mm鉆桿，最大鉆孔深度可達150m，滿足了煤層注水的鉆孔深度要求。鉆機相關主要參數如表1所示。

表1 鉆機相關參數

應用壓風排碴技術進行井下鉆孔施工，改變了傳統的以清水作沖洗介質的鉆孔施工方法，采用了以空氣(風力)作為鉆孔沖洗介質的施工工藝，避免了因塌孔造成的卡鉆、埋鉆事故，實現了在復雜結構易塌孔煤層中的高效鉆孔。煤層的原始水份含量由原來的1.69％提高到5.8％，有效地起到濕潤煤層的效果。

1.5 轉載點自動噴霧裝置

在轉載機電控回路上接一入個電磁閥，轉載機電機的開關控制，隨機噴霧啟動或停止，達到自動噴霧的效果。

1.6 紅外線噴霧網式撲塵器

紅外線噴霧網式撲塵器以巷道斷面為基礎，截取雙層紗網制作一個覆蓋全斷面的攔截面，并在攔截面的后方0.3m處安設一道紅外線凈化水幕， 確保水幕的水正好噴灑在砂網上，在對砂網沖刷的同時就形成了一層水幕簾子，為了避免行人通過水幕的開啟，水幕受紅外線探頭感應開關。

2 結束語

本系統的成功應用，從技術層面上提高了礦井生產的安全系數，改善井下礦工的工作環境，對于指導工礦企業的安全生產也具有重要的理論意義和實用價值。經濟效益方面該系統使得井下各類設備(施)免受粉塵侵蝕，延長了設備的使用年限，降低了檢修、維護費用，并保證其正常使用。僅此一項每礦每年可節約設備(施)維修和保養費用近20萬元。隨著井下采煤面防塵技術的提高，事故率大大降低，減少了井下粉塵爆炸、火災等事故的發生率，保證了礦井的安全、高效生產，維護了礦區的和諧、穩定，取得了良好的社會效益。

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