煤礦各種類型噴霧應用及特點

侯玉亭 宋兆雪 劉建忠 劉會奇

（1.兗礦集團南屯煤礦 山東 鄒城 273500；2.兗礦集團通防部 山東 鄒城 273500；3.河南理工大學安全科學與工程學院 河南 焦作 454003）

兗礦集團南屯煤礦屬于低瓦斯礦井，主要采用中央并列兼一翼對角式通風，由于礦井開采年限較長，采場范圍大，礦井通風路線較長，粉塵危害是礦井多年來安全生產的突出問題，也是影響礦井安全生產的重大隱患。噴霧裝置在降塵、凈化空氣的同時，還能吸收一定的有毒有害氣體，降低瓦斯濃度，改善和治理粉塵作業環境，是有效防止粉塵危害的常規設備和重要設施。為降低作業場所粉塵濃度，改善作業環境，提高勞動效率，南屯煤礦通過引進新技術、新產品和發明創造，并根據現場實際應用情況，逐步改進，最終使各種類型的噴霧裝置都能夠很好的應用到現場實際，最大化其優點，最小化其缺點，得到了良好的效果，取得了一些寶貴的經驗，有效的遏制了粉塵危害，保障了職工身體健康。

1 大巷噴霧

圖1 大巷多功能自動噴霧安裝示意圖

1.1 大巷多功能自動噴霧裝置

南屯煤礦原使用的大巷噴霧是一種機電一體式巷道專用噴霧裝置，由PLC編程控制主控箱及電動球閥和紅外線傳感器組成。大巷多功能自動噴霧安裝示意圖見圖1，該噴霧是設計為常噴，根據巷道尺寸做一合適水幕，水幕用高壓水管與本裝置的出水口連接，進水口連接主水管道；傳感器安裝在巷道側壁或頂壁，根據風向、風速等條件確定傳感器與主控箱的距離長短；水幕覆蓋巷道全斷面，當來人來車時，紅外傳感器發出的信號輸入主控板，主控板驅動使電動閥門關閉，人車過后經一定延時后，又重新開啟繼續噴霧。

通過使用發現該噴霧裝置存在以下問題：大巷過人過車頻繁，電磁閥門開關次數多，造成電動磁閥容易損壞失靈；噴霧覆蓋范圍小等。為解決此問題，我們進行改進創新，研制了大巷長距離全斷面定時噴霧。

1.2 大巷長距離全斷面定時噴霧

大巷長距離全斷面定時噴霧技術供水管路采用6分鋼管制作，全長180米，每20米設一組噴霧，每組噴霧安裝兩個不同型號的噴頭，相互成角度，分別朝向頂、底板，成霧交叉，且噴頭霧化效果可以調節，多組噴霧間相互聯接，形成連貫霧；水幕開關由電磁閥控制，通過提前預設好其開關時間，來控制水幕的開關，真正意義上實現水幕開關自動化。

該噴霧裝置主要應用于井下大巷進風流中，可實現大巷180米范圍內多組噴頭一起噴霧，形成連貫霧，大大降低大巷內的粉塵濃度，凈化大巷空氣質量，另其定時自動噴霧設計，可避開大巷內電機車行駛高峰期或其他特殊時期，減少工作沖突，整個過程實現了無人操作，在保證工作效率的同時，減少了現場不安全因素，提高了礦井綜合防塵自動化和現場的安全程度。

2 掘進工作面放炮噴霧

由于煤礦井下的特殊的作業環境，特別是掘進工作面耙裝噴漿將造成大量的煤塵、巖塵飛揚，這就需要我們在放炮的同時進行噴霧降塵。南屯煤礦現使用的放炮噴霧裝置有兩種，一種是南屯煤礦引進使用的電磁式自動噴霧裝置，另一種是南屯煤礦自行研制的機械式自動噴霧裝置。

2.1 電磁式自動噴霧裝置

電磁式自動噴霧裝置利用電磁閥開關速度快，可靠耐用等特點，和開停傳感器及主控主板來達到噴霧降塵的目的，本裝置安裝使用比較簡單，只要主控主板接入127V電源，開停傳感器卡在耙裝機或噴漿機開關負荷側的電纜上即可，當開關工作后，負荷側有電流通過，開停傳感器便有信號傳入，主控主板電磁閥便能打開，噴霧灑水降塵，開關停止工作后，電磁閥關閉，噴霧停止。

在使用過程中我們發現該裝置電動磁閥所需水壓為1.5MPa，而井下水壓一般在4~6 MPa，又因該裝置主控主板質量較差，往往在井下使用一周時間就會出現主板故障或電磁球閥壞等故障，無法正常工作。為此我們電磁閥前設計安裝了壓力流量計，并設定其最大通過水壓，徹底解決了這一問題。

2.2 機械式自動噴霧裝置

機械式自動噴霧裝置應用與炮掘工作面，不需外接電源，由進水閥門噴霧時間調整閥門等組成，當迎頭放炮時震動沖擊波沖擊機械放炮噴霧裝置控制板，進水閥門打開，開始噴霧同時水源又給進水延時水箱灌水，由于延時水箱與所配墜鐵比比重偏移，延時水箱反轉拉動進水閥門關閉，噴霧停止。延時水箱有進水調整閥門，調節此閥門可調整噴霧時間。

2.3 風動式自動噴霧裝置

風動式自動噴霧裝置由降塵控制器（控制器、反風板、啟動閥、快速連接器四位一體構成）、全斷面水幕等組成，是南屯煤礦自行研制設計的噴霧裝置，目前正在推廣應用中。

該裝置使用于爆破作業過程中巷道全部停電狀態下的自動降塵，利用井下現有高壓風作為動力源，邏輯閥控制氣缸，當放炮時，沖擊波帶動反風板，反風板開啟邏輯閥工作帶動氣缸，氣缸帶動風水閥門，高壓風沖散炮煙，水幕降塵。安裝簡單方便、故障率低，比單一用水幕降塵、吹散炮煙快效果好。

3 薄煤層機械化掘進巷道噴霧降塵綜合應用技術

南屯煤礦薄煤層機械化掘進工作面為半煤巖工作面，使用掘進機割落煤巖，將會產生大量的粉塵，現有降塵措施效果不理想。掘進機司機點處測定截割時粉塵濃度達到899.7 mg/m3。大量的粉塵嚴重危害職工身心健康，根據現場實際我們通過實踐創新出一套噴霧降塵綜合應用技術。

圖2 掘進機氣幕裝置示意圖

3.1 掘進機氣幕裝置

掘進機氣幕由設置在司機前方圍繞掘進機機身的空氣風幕發生管、消聲整流器等組成，其示意圖見圖2。采用膠管將煤礦井下壓縮空氣經截止閥連接至空氣幕發生管，截割時打開截止閥，壓縮空氣經氣孔噴出，在司機前方形成一道氣幕（或叫風簾）屏障，把截割區域和人員作業區域隔開，截割產生的粉塵由布置在氣幕中的二次負壓降塵裝置和抽出式風機吸風口抽出殲滅。

3.2 負壓二次降塵裝置

負壓二次降塵裝置是在原掘進機3組外噴霧的基礎上，通過替換截割頭兩側噴霧組，由高壓膠管直接將高壓水送至噴嘴，在噴霧時，噴射口形成負壓，煤塵進入射筒形成二次降塵。噴霧時的高壓水，形成60°~80°的扇角覆蓋在截割頭外圍，一方面擋住煤塵逃逸的路徑，二是增大了裝置的負壓范圍，三是提高降塵效率減少防塵水使用量。

3.3 防塵供水加壓泵

由于小槽煤掘進機噴霧用水與機體冷卻水系統相連，掘進機冷卻水基本上是開口系統，分支壓力小使外噴霧水量水壓均達不到噴霧降塵的要求，不能有效地控制粉塵的擴散。因此，有必要增加防塵供水加壓泵和管路，使噴霧供水壓力達到6~7MPa，保障負壓二次降塵及外噴霧的降塵效果。

3.4 結合截割時的產塵特點，選擇合理的前抽后壓局部通風參數

前抽后壓局部通風方式必須確定合理抽、壓風筒口位置以保證抽風口吸塵量最大，壓入式風筒口位置距離工作面太近，高速射流沖擊作用使粉塵向外流動，污染范圍大，不利于粉塵排除。合理的抽、壓風筒口位置設定，在抽、壓風筒口之間的巷道中形成一個壓吸風流共同作用的風流屏障。該屏障內風流屬穩定流動且具有一定速度，既能排出工作面粉塵，又不至于使大量粉塵向抽出風筒口后的巷道擴散流動。

圖3 附壁風筒螺旋狀出風狀態示意圖

3.5 強化通風除塵效果

使用附壁風筒技術，出風原理圖見圖3，附壁風筒是一種利用氣流的附壁效應，在割煤開始時，將附壁風筒內的擋板立起，使原壓人式風筒供給機掘工作面的軸向風流改變為沿巷道壁的旋轉風流，并以一定的旋轉速度吹向巷道的周壁及整個巷道斷面，并不斷向機掘工作面推進，在除塵器吸入含塵氣流產生軸向速度的共同作用下，便形成具有較高功能的螺旋線狀氣流，在掘進機司機的前方建立起阻擋粉塵向外擴散的空氣屏幕，封鎖住掘進機工作時產生的粉塵，使之經過抽出風筒抽出進行凈化而不外流，從而提高了機掘工作面的收塵效率，當不割煤而進行打錨桿等其它作業時，將附壁風筒內的擋板扳下，使新鮮風流直接進人工作面，恢復到正常通風。

南屯煤礦薄煤層機械化掘進工作面巷道通過應用以上噴霧降塵綜合技術，使粉塵濃度降至200 mg/m3，有效地改善了作業環境。

4 轉載點煤炭水份探測及噴霧裝置

圖4 轉載點噴霧示意圖

南屯煤礦以前主要應用轉載點自動噴霧技術對轉載點煤炭進行灑水噴霧降塵，可達到降塵作用，但該項技術不能根據煤炭實際含水量自動控制煤炭濕度，只能對轉載處的煤炭進行不間斷噴霧，雖然起到降塵作用但也影響了煤質，造成經濟損失，為此我們設計了轉載點煤炭水份探測及噴霧裝置，工作示意圖見圖4。

當煤炭通過轉載機時，煤炭水份探測儀對煤炭水份進行探測，并將探測結果傳輸給主機，當探測出的煤炭水份低于煤炭標準含水量時，則主機傳出噴霧信號給電磁閥，電磁閥接到信號后打開噴霧裝置進行噴霧；當探測出的煤炭水份等于或高于煤炭標準含水量時，主機將不發出噴霧信號，噴霧裝置處于停噴狀態。轉載點煤炭水份探測及噴霧技術可根據運輸皮帶上煤炭濕度選擇性進行噴霧，達到對煤炭灑水預濕、噴霧降塵的效果，且不影響煤質。

轉載點煤炭水份探測及噴霧裝置的創新點主要有以下四個方面：1）采用開機震動傳感器，無需電氣連接，可直接吸附固定在綜掘機外殼，準確檢測綜掘機運行狀態；2）采用觸控式水壓傳感器，準確監測掘進工作面防塵供水是否正常，有效克服了過去采用電極式傳感器檢測不穩定、故障率高的缺點，極大地提高了設備運行的可靠性；3）采用缺水指示燈指示工作面供水狀態，正確指示設備關閉綜掘機運行的原因及當前防塵供水狀態；4）采用開閉性能可靠、流量大的電磁控制閥控制噴霧開閉，避免過去因使用普通電磁閥所造成噴頭霧化效果差的缺點，進一步提高了工作面霧化除塵效果。

5 總結

南屯煤礦通過引進和設計研制新型噴霧裝置，在應用過程中不斷發現問題、總結經驗教訓，并進行可行性改進創新，使井下各采掘作業地點噴霧裝置都能夠應用到最佳效果，切實的改善了作業環境，保障了職工的身心健康，提高了勞動效率。

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