煤礦各種類型噴霧應(yīng)用及特點(diǎn)

侯玉亭 宋兆雪 劉建忠 劉會(huì)奇

（1.兗礦集團(tuán)南屯煤礦 山東 鄒城 273500；2.兗礦集團(tuán)通防部 山東 鄒城 273500；3.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院 河南 焦作 454003）

兗礦集團(tuán)南屯煤礦屬于低瓦斯礦井，主要采用中央并列兼一翼對(duì)角式通風(fēng)，由于礦井開(kāi)采年限較長(zhǎng)，采場(chǎng)范圍大，礦井通風(fēng)路線較長(zhǎng)，粉塵危害是礦井多年來(lái)安全生產(chǎn)的突出問(wèn)題，也是影響礦井安全生產(chǎn)的重大隱患。噴霧裝置在降塵、凈化空氣的同時(shí)，還能吸收一定的有毒有害氣體，降低瓦斯?jié)舛龋纳坪椭卫矸蹓m作業(yè)環(huán)境，是有效防止粉塵危害的常規(guī)設(shè)備和重要設(shè)施。為降低作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度，改善作業(yè)環(huán)境，提高勞動(dòng)效率，南屯煤礦通過(guò)引進(jìn)新技術(shù)、新產(chǎn)品和發(fā)明創(chuàng)造，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，逐步改進(jìn)，最終使各種類型的噴霧裝置都能夠很好的應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，最大化其優(yōu)點(diǎn)，最小化其缺點(diǎn)，得到了良好的效果，取得了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)，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(dòng)噴霧安裝示意圖

1.1 大巷多功能自動(dòng)噴霧裝置

南屯煤礦原使用的大巷噴霧是一種機(jī)電一體式巷道專用噴霧裝置，由PLC編程控制主控箱及電動(dòng)球閥和紅外線傳感器組成。大巷多功能自動(dòng)噴霧安裝示意圖見(jiàn)圖1，該噴霧是設(shè)計(jì)為常噴，根據(jù)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(jìn)水口連接主水管道；傳感器安裝在巷道側(cè)壁或頂壁，根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速等條件確定傳感器與主控箱的距離長(zhǎng)短；水幕覆蓋巷道全斷面，當(dāng)來(lái)人來(lái)車時(shí)，紅外傳感器發(fā)出的信號(hào)輸入主控板，主控板驅(qū)動(dòng)使電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉，人車過(guò)后經(jīng)一定延時(shí)后，又重新開(kāi)啟繼續(xù)噴霧。

通過(guò)使用發(fā)現(xiàn)該噴霧裝置存在以下問(wèn)題：大巷過(guò)人過(guò)車頻繁，電磁閥門(mén)開(kāi)關(guān)次數(shù)多，造成電動(dòng)磁閥容易損壞失靈；噴霧覆蓋范圍小等。為解決此問(wèn)題，我們進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，研制了大巷長(zhǎng)距離全斷面定時(shí)噴霧。

1.2 大巷長(zhǎng)距離全斷面定時(shí)噴霧

大巷長(zhǎng)距離全斷面定時(shí)噴霧技術(shù)供水管路采用6分鋼管制作，全長(zhǎng)180米，每20米設(shè)一組噴霧，每組噴霧安裝兩個(gè)不同型號(hào)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(diào)節(jié)，多組噴霧間相互聯(lián)接，形成連貫霧；水幕開(kāi)關(guān)由電磁閥控制，通過(guò)提前預(yù)設(shè)好其開(kāi)關(guān)時(shí)間，來(lái)控制水幕的開(kāi)關(guān)，真正意義上實(shí)現(xiàn)水幕開(kāi)關(guān)自動(dòng)化。

該噴霧裝置主要應(yīng)用于井下大巷進(jìn)風(fēng)流中，可實(shí)現(xiàn)大巷180米范圍內(nèi)多組噴頭一起噴霧，形成連貫霧，大大降低大巷內(nèi)的粉塵濃度，凈化大巷空氣質(zhì)量，另其定時(shí)自動(dòng)噴霧設(shè)計(jì)，可避開(kāi)大巷內(nèi)電機(jī)車行駛高峰期或其他特殊時(shí)期，減少工作沖突，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作，在保證工作效率的同時(shí)，減少了現(xiàn)場(chǎng)不安全因素，提高了礦井綜合防塵自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)的安全程度。

2 掘進(jìn)工作面放炮噴霧

由于煤礦井下的特殊的作業(yè)環(huán)境，特別是掘進(jìn)工作面耙裝噴漿將造成大量的煤塵、巖塵飛揚(yáng)，這就需要我們?cè)诜排诘耐瑫r(shí)進(jìn)行噴霧降塵。南屯煤礦現(xiàn)使用的放炮噴霧裝置有兩種，一種是南屯煤礦引進(jìn)使用的電磁式自動(dòng)噴霧裝置，另一種是南屯煤礦自行研制的機(jī)械式自動(dòng)噴霧裝置。

2.1 電磁式自動(dòng)噴霧裝置

電磁式自動(dòng)噴霧裝置利用電磁閥開(kāi)關(guān)速度快，可靠耐用等特點(diǎn)，和開(kāi)停傳感器及主控主板來(lái)達(dá)到噴霧降塵的目的，本裝置安裝使用比較簡(jiǎn)單，只要主控主板接入127V電源，開(kāi)停傳感器卡在耙裝機(jī)或噴漿機(jī)開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)的電纜上即可，當(dāng)開(kāi)關(guān)工作后，負(fù)荷側(cè)有電流通過(guò)，開(kāi)停傳感器便有信號(hào)傳入，主控主板電磁閥便能打開(kāi)，噴霧灑水降塵，開(kāi)關(guān)停止工作后，電磁閥關(guān)閉，噴霧停止。

在使用過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)該裝置電動(dòng)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(zhì)量較差，往往在井下使用一周時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)主板故障或電磁球閥壞等故障，無(wú)法正常工作。為此我們電磁閥前設(shè)計(jì)安裝了壓力流量計(jì)，并設(shè)定其最大通過(guò)水壓，徹底解決了這一問(wèn)題。

2.2 機(jī)械式自動(dòng)噴霧裝置

機(jī)械式自動(dòng)噴霧裝置應(yīng)用與炮掘工作面，不需外接電源，由進(jìn)水閥門(mén)噴霧時(shí)間調(diào)整閥門(mén)等組成，當(dāng)迎頭放炮時(shí)震動(dòng)沖擊波沖擊機(jī)械放炮噴霧裝置控制板，進(jìn)水閥門(mén)打開(kāi)，開(kāi)始噴霧同時(shí)水源又給進(jìn)水延時(shí)水箱灌水，由于延時(shí)水箱與所配墜鐵比比重偏移，延時(shí)水箱反轉(zhuǎn)拉動(dòng)進(jìn)水閥門(mén)關(guān)閉，噴霧停止。延時(shí)水箱有進(jìn)水調(diào)整閥門(mén)，調(diào)節(jié)此閥門(mén)可調(diào)整噴霧時(shí)間。

2.3 風(fēng)動(dòng)式自動(dòng)噴霧裝置

風(fēng)動(dòng)式自動(dòng)噴霧裝置由降塵控制器（控制器、反風(fēng)板、啟動(dòng)閥、快速連接器四位一體構(gòu)成）、全斷面水幕等組成，是南屯煤礦自行研制設(shè)計(jì)的噴霧裝置，目前正在推廣應(yīng)用中。

該裝置使用于爆破作業(yè)過(guò)程中巷道全部停電狀態(tài)下的自動(dòng)降塵，利用井下現(xiàn)有高壓風(fēng)作為動(dòng)力源，邏輯閥控制氣缸，當(dāng)放炮時(shí)，沖擊波帶動(dòng)反風(fēng)板，反風(fēng)板開(kāi)啟邏輯閥工作帶動(dòng)氣缸，氣缸帶動(dòng)風(fēng)水閥門(mén)，高壓風(fēng)沖散炮煙，水幕降塵。安裝簡(jiǎn)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(jī)械化掘進(jìn)巷道噴霧降塵綜合應(yīng)用技術(shù)

南屯煤礦薄煤層機(jī)械化掘進(jìn)工作面為半煤巖工作面，使用掘進(jìn)機(jī)割落煤巖，將會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，現(xiàn)有降塵措施效果不理想。掘進(jìn)機(jī)司機(jī)點(diǎn)處測(cè)定截割時(shí)粉塵濃度達(dá)到899.7 mg/m3。大量的粉塵嚴(yán)重危害職工身心健康，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際我們通過(guò)實(shí)踐創(chuàng)新出一套噴霧降塵綜合應(yīng)用技術(shù)。

圖2 掘進(jìn)機(jī)氣幕裝置示意圖

3.1 掘進(jìn)機(jī)氣幕裝置

掘進(jìn)機(jī)氣幕由設(shè)置在司機(jī)前方圍繞掘進(jìn)機(jī)機(jī)身的空氣風(fēng)幕發(fā)生管、消聲整流器等組成，其示意圖見(jiàn)圖2。采用膠管將煤礦井下壓縮空氣經(jīng)截止閥連接至空氣幕發(fā)生管，截割時(shí)打開(kāi)截止閥，壓縮空氣經(jīng)氣孔噴出，在司機(jī)前方形成一道氣幕（或叫風(fēng)簾）屏障，把截割區(qū)域和人員作業(yè)區(qū)域隔開(kāi)，截割產(chǎn)生的粉塵由布置在氣幕中的二次負(fù)壓降塵裝置和抽出式風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口抽出殲滅。

3.2 負(fù)壓二次降塵裝置

負(fù)壓二次降塵裝置是在原掘進(jìn)機(jī)3組外噴霧的基礎(chǔ)上，通過(guò)替換截割頭兩側(cè)噴霧組，由高壓膠管直接將高壓水送至噴嘴，在噴霧時(shí)，噴射口形成負(fù)壓，煤塵進(jìn)入射筒形成二次降塵。噴霧時(shí)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(fù)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(jìn)機(jī)噴霧用水與機(jī)體冷卻水系統(tǒng)相連，掘進(jìn)機(jī)冷卻水基本上是開(kāi)口系統(tǒng)，分支壓力小使外噴霧水量水壓均達(dá)不到噴霧降塵的要求，不能有效地控制粉塵的擴(kuò)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(dá)到6~7MPa，保障負(fù)壓二次降塵及外噴霧的降塵效果。

3.4 結(jié)合截割時(shí)的產(chǎn)塵特點(diǎn)，選擇合理的前抽后壓局部通風(fēng)參數(shù)

前抽后壓局部通風(fēng)方式必須確定合理抽、壓風(fēng)筒口位置以保證抽風(fēng)口吸塵量最大，壓入式風(fēng)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(dòng)，污染范圍大，不利于粉塵排除。合理的抽、壓風(fēng)筒口位置設(shè)定，在抽、壓風(fēng)筒口之間的巷道中形成一個(gè)壓吸風(fēng)流共同作用的風(fēng)流屏障。該屏障內(nèi)風(fēng)流屬穩(wěn)定流動(dòng)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(fēng)筒口后的巷道擴(kuò)散流動(dòng)。

圖3 附壁風(fēng)筒螺旋狀出風(fēng)狀態(tài)示意圖

3.5 強(qiáng)化通風(fēng)除塵效果

使用附壁風(fēng)筒技術(shù)，出風(fēng)原理圖見(jiàn)圖3，附壁風(fēng)筒是一種利用氣流的附壁效應(yīng)，在割煤開(kāi)始時(shí)，將附壁風(fēng)筒內(nèi)的擋板立起，使原壓人式風(fēng)筒供給機(jī)掘工作面的軸向風(fēng)流改變?yōu)檠叵锏辣诘男D(zhuǎn)風(fēng)流，并以一定的旋轉(zhuǎn)速度吹向巷道的周壁及整個(gè)巷道斷面，并不斷向機(jī)掘工作面推進(jìn)，在除塵器吸入含塵氣流產(chǎn)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(jìn)機(jī)司機(jī)的前方建立起阻擋粉塵向外擴(kuò)散的空氣屏幕，封鎖住掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的粉塵，使之經(jīng)過(guò)抽出風(fēng)筒抽出進(jìn)行凈化而不外流，從而提高了機(jī)掘工作面的收塵效率，當(dāng)不割煤而進(jìn)行打錨桿等其它作業(yè)時(shí)，將附壁風(fēng)筒內(nèi)的擋板扳下，使新鮮風(fēng)流直接進(jìn)人工作面，恢復(fù)到正常通風(fēng)。

南屯煤礦薄煤層機(jī)械化掘進(jìn)工作面巷道通過(guò)應(yīng)用以上噴霧降塵綜合技術(shù)，使粉塵濃度降至200 mg/m3，有效地改善了作業(yè)環(huán)境。

4 轉(zhuǎn)載點(diǎn)煤炭水份探測(cè)及噴霧裝置

圖4 轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧示意圖

南屯煤礦以前主要應(yīng)用轉(zhuǎn)載點(diǎn)自動(dòng)噴霧技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)載點(diǎn)煤炭進(jìn)行灑水噴霧降塵，可達(dá)到降塵作用，但該項(xiàng)技術(shù)不能根據(jù)煤炭實(shí)際含水量自動(dòng)控制煤炭濕度，只能對(duì)轉(zhuǎn)載處的煤炭進(jìn)行不間斷噴霧，雖然起到降塵作用但也影響了煤質(zhì)，造成經(jīng)濟(jì)損失，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)載點(diǎn)煤炭水份探測(cè)及噴霧裝置，工作示意圖見(jiàn)圖4。

當(dāng)煤炭通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)時(shí)，煤炭水份探測(cè)儀對(duì)煤炭水份進(jìn)行探測(cè)，并將探測(cè)結(jié)果傳輸給主機(jī)，當(dāng)探測(cè)出的煤炭水份低于煤炭標(biāo)準(zhǔn)含水量時(shí)，則主機(jī)傳出噴霧信號(hào)給電磁閥，電磁閥接到信號(hào)后打開(kāi)噴霧裝置進(jìn)行噴霧；當(dāng)探測(cè)出的煤炭水份等于或高于煤炭標(biāo)準(zhǔn)含水量時(shí)，主機(jī)將不發(fā)出噴霧信號(hào)，噴霧裝置處于停噴狀態(tài)。轉(zhuǎn)載點(diǎn)煤炭水份探測(cè)及噴霧技術(shù)可根據(jù)運(yùn)輸皮帶上煤炭濕度選擇性進(jìn)行噴霧，達(dá)到對(duì)煤炭灑水預(yù)濕、噴霧降塵的效果，且不影響煤質(zhì)。

轉(zhuǎn)載點(diǎn)煤炭水份探測(cè)及噴霧裝置的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下四個(gè)方面：1）采用開(kāi)機(jī)震動(dòng)傳感器，無(wú)需電氣連接，可直接吸附固定在綜掘機(jī)外殼，準(zhǔn)確檢測(cè)綜掘機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；2）采用觸控式水壓傳感器，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)掘進(jìn)工作面防塵供水是否正常，有效克服了過(guò)去采用電極式傳感器檢測(cè)不穩(wěn)定、故障率高的缺點(diǎn)，極大地提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性；3）采用缺水指示燈指示工作面供水狀態(tài)，正確指示設(shè)備關(guān)閉綜掘機(jī)運(yùn)行的原因及當(dāng)前防塵供水狀態(tài)；4）采用開(kāi)閉性能可靠、流量大的電磁控制閥控制噴霧開(kāi)閉，避免過(guò)去因使用普通電磁閥所造成噴頭霧化效果差的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高了工作面霧化除塵效果。

5 總結(jié)

南屯煤礦通過(guò)引進(jìn)和設(shè)計(jì)研制新型噴霧裝置，在應(yīng)用過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并進(jìn)行可行性改進(jìn)創(chuàng)新，使井下各采掘作業(yè)地點(diǎn)噴霧裝置都能夠應(yīng)用到最佳效果，切實(shí)的改善了作業(yè)環(huán)境，保障了職工的身心健康，提高了勞動(dòng)效率。

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