礦用自動灑水降塵裝置在高突礦井中的技術研究與應用

李平安

（河南能源集團鶴煤公司八礦，河南 鶴壁 458000）

0 引言

隨著我國綜采、綜掘機械化水平的提高，煤礦粉塵、煤塵污染問題尤為突出，已嚴重污染生產環境和威脅著職工身體健康。所以，國家對礦井煤塵、粉塵濃度的危害也越來越受到關注，對礦井煤塵、粉塵的防治要求也越來越高。按照《煤礦安全規程》的要求，在礦井主要運輸巷、帶式輸送機斜井與平巷、上山與下山、采區運輸巷與回風巷、采煤工作面與回風巷、掘進巷道、煤倉放煤口、溜煤眼放煤口、卸載點等地點都必須安設防塵設施。

目前，在礦井防塵設施中“礦用自動灑水降塵裝置”顯得尤為安全科學、技術先進和維護方便，它通常分為機械式灑水降塵裝置和電子式灑水降塵裝置，其中機械式灑水降塵裝置使用于礦井早期，因機械碰撞、機件變形、松動而增加維修量，現處于淘汰產品，在這里不作贅述。電子式灑水降塵裝置是近些年來隨著本安型產品和電器件的不斷研發而迎運而來，迅速在煤礦井下廣泛應用。電子式灑水降塵裝置根據功能和組成主要分為傳感器式、聯動式和網絡式。這里側重介紹傳感器式中聲控灑水降塵裝置和光控灑水降塵裝置，它們主要用于進（回）風巷、運輸巷、采煤工作面、掘進巷道、裝載點等主要產生煤塵、粉塵場所。

1 聲控灑水降塵裝置

1.1 用途

它主要用于礦井下炮采、炮掘工作面在放炮時灑水降塵的控制。裝置利用聲音控制灑水降塵，爆破聲浪傳至聲控傳感器，產生控制信號傳至主機，由主機進行處理后，控制噴灑管路中電動球閥的開啟與關閉，對工作場所進行降塵。

1.2 結構特征與工作原理

1.2.1 結構特征(見圖 1 所示)

裝置各組成設備的外殼均采用A3鋼板焊接后加工而成，隔爆型結構安全可靠、堅固耐用。進線均采用壓緊螺母式引入裝置，接線方便。外殼的緊固件其頭部具有受到沖擊保護的護圈。

主機、電動球閥的內部采用機芯板結構，可整體脫卸，維修方便，傳感器的內芯采用E44環氧樹脂灌封。

圖1 聲控裝置結構示意圖

1.2.2 工作原理

裝置在待機狀態時，聲控傳感器輸出低電平信號，主機控制的繼電器處于斷開狀態，電動球閥關閉。當聲控傳感器接收到信號后，輸出信號給主機，由主機進行信號處理后輸入到CPU，CPU根據預先的設定，控制繼電器接通，開啟管路中電動球閥，進行噴灑降塵，在當聲控傳感器無信號后，按設定的延時時間計時，計時到則自動斷開繼電器，電動球閥關閉。該裝置原理框圖（見圖2所示）

1.3 裝置的電氣性能

1.3.1 主要技術參數

（1）裝置的電源電壓： 127V、AC；

（2）裝置水壓適應范圍：0.2MPa～8MPa；

（3）裝置適應電壓波動范圍：標稱值的80%～120%；

圖2 裝置原理框圖

（4）動作維持時間：150s，誤差為每分鐘±3s。

（5）功能

①裝置處于工作狀態，當聲控傳感器接受到信號后，主機應能打開電動球閥；

②聲控傳感器無信號后，經過150s（誤差：±3s）的延時電動球閥應關閉。如需調整主機噴灑的延時時間可按動主機板上三位數碼管下方的兩個按鈕進行時間的延長或縮短。

③噴灑的延時時間為倒計時。

1.4 安裝使用方面

裝置的安裝和使用比較簡單、方便。用戶只要根據有關規定和要求，并根據現場供水干管、供電系統實際情況和除塵地點的實際情況安裝水幕、主機、電動閥、傳感器等即可。主機和電動球閥、傳感器之間的電源，必須嚴格按照標示（見圖3）進行連接，并仔細檢查無誤后送電，該裝置就能正常工作。

1.4.1 主機與傳感器的連接：

變壓器的遠端為傳感器的接線端：主機的“1V-”、“2V+”對應接傳感器的“V＋”、“V－”（“＋”為本安電源正極，“－”為本安電源負極）。 傳感器信號輸出端“A/B”接主機“信號A”或“信號B”。

1.4.2 主機與電動球閥的連接

變壓器的近端為電動球閥的接線端：打開電動球閥上蓋，將四芯信號電纜接入主機，電動球閥的“1”、“2”接主機內“球閥電源15V 1、2”，電動球閥的“3”、“4”接主機內“球閥控制 3、4”，兩組線中的兩根線不分正負極。

1.4.3 裝置應安裝在不會因炮蹦而損壞本裝置的地方，但也不要過遠，以免影響探測的準確性和除塵效果。

1.4.4 裝置安裝請注意調整聲控傳感器的控制靈敏度。

圖3 裝置接線圖

2 光控灑水降塵裝置

2.1 用途

它主要用于煤礦井下進回風大巷、采掘工作面進回風巷道、車場、煤倉及其它需要定時灑水降塵或定時灑水的作業場所，凈化風流，改善工作環境，防止粉塵危害，保護工人身體健康。

2.2 結構特征與工作原理

2.2.1 結構特征(見圖 4 所示)

裝置也可以根據粉塵作業現場的具體情況和用戶需求，設置2個以上的傳感器或多道水幕，達到噴霧裝置噴霧傳感形式靈活多樣，達到使用場所廣泛降塵的效果更加理想效果。

圖4 光控裝置結構示意圖

2.2.2 工作原理

裝置中的電動球閥與供水主干管連接，將傳感器安裝于需要噴霧的范圍兩端，當傳感器感應到人體的熱釋信號或光信號時，傳感器輸出信號給主機，主機即控制電動球閥關閉，水幕即停止噴霧灑水，待人員通過之后，主機經延時后繼續打開電動球閥灑水，并按照設定的循環時間自動循環噴霧。該裝置原理框圖（見圖5所示）

2.3 裝置的電氣性能

2.3.1 主要技術參數

（1）裝置的電源電壓： 127V、AC；

（2）裝置水壓適應范圍：0.2MPa～8MPa；

圖5 裝置原理框圖

（3）裝置適應電壓波動范圍：標稱值的80%～120%；

（4）動作維持時間：1s～99min可調，誤差不大于設定值的8%；

（5）工作方式：連續。

2.3.2 性能要求

（1）裝置處于工作狀態，主機應能通過發送器設定的停止和開啟的時間，控制電動球閥定時開啟和定時關閉。

（2）無人通過時，電動球閥處于常開灑水狀態，若有人通過，電動球閥關閉，經延時后繼續打開灑水。

（3）無人通過時，電動球閥按照設定的時間循環打開和關閉，若有人通過，電動球閥將關閉，經延時后電動球閥繼續按照設定的時間循環打開和關閉。

（4）裝置處于工作狀態，主機無論出于何種工作狀態，發送器均能對主機進行時間的設定。

按下發送器的“自檢”按鍵1秒后，均能使裝置出于暫停工作狀態，再次按下發送器的“自檢”按鍵1秒后，均能使裝置解除暫停工作狀態。

2.4 安裝調試

2.4.1 安裝

裝置的安裝和使用比較簡單、方便。用戶只要根據有關規定和要求，并根據現場供水干管、供電系統實際情況和除塵地點的實際情況安裝水幕、主機、電動球閥、傳感器等即可。主機和電動閥、傳感器之間的連接，必須嚴格按照各個產品接線端子所標注的代號進行連接，電動球閥與主機的連接方法見 “6.1.1”；傳感器與主機的連接方法見“6.1.2”連接完成并仔細檢查無誤后方可送電調試，待調試正常后系統即可投入正常工作。

（1）電動球閥與主機連接：

打開電動球閥上蓋，將四芯信號電纜接入四位端子排，電動球閥的“1”、“2” 接主機內“球閥電源”，“3”、“4”接主機內球閥“控制信號”，兩組線中的兩根線不分正負極。

（2）傳感器與主機連接：傳感器內的“V+”接主機內的“+極”,傳感器內的“V—”接主機內的“—極”，傳感器內的“信號”接主機內“A3”或“A4”。

2.4.2 調試

（1）“工作模式”的選擇：

發送器對準主機的顯示窗口，按發送器的“功能”按鈕一秒以上放開，顯示器首位為“0”并閃爍，說明已進入調試主機的工作模式，末位數字即為工作模式（出廠設置為4）；

（2）主機的延時時間：時間1。

①顯示器首位為“1”并閃爍，說明已進入調試主機的延時時間，后三位為延時時間值，小數點為時間：分鐘，小數點后為時間：秒

②按發送器的“上升”或“下降”,設定所需的延時時間

③按發送器的“功能”按鈕，存儲設定值

④若主機工作模式設定為“0”或“2”，進行自檢后，進入到正常工作，如主機工作模式設定為“4”，則進入下一步。

（3）主機定時噴灑的停噴時間：時間2

①顯示器首位為“2”并閃爍，說明已進入調試主機的定時停噴時間，后三位為延時時間值，小數點前為時間：分鐘，小數點后為時間：秒

②按發送器的“上升”或“下降”,設定所需的定時停噴時間。

③按發送器的“功能”按鈕，存儲設定值。

（4）主機定時噴灑的噴灑時間：時間3

①顯示器首位為“3”并閃爍，說明已進入調試主機的定時噴灑時間，后三位為延時時間值，小數點前為時間：分鐘，小數點后為時間：秒

②按發送器的“上升”或“下降”,設定所需的定時噴灑時間。

③按發送器的“功能”按鈕，存儲設定值。

④進行自檢后，進入到正常工作。

（5）裝置由正常工作轉換到暫停工作：在正常工作狀態下，將發送器對準主機的顯示窗口，按“自檢”按鈕1秒以上，主機的“電源”指示燈由常亮變為閃爍，則裝置將停止灑水。

（6）裝置由暫停工作轉換到正常工作：在暫停工作狀態下，將發送器對準主機的顯示窗口，按“自檢”按鈕1秒以上，主機的“電源”指示燈由閃爍變為常亮，則恢復正常工作狀態。

注意：在暫停狀態，不論傳感器有無輸出，主機均不予響應，電動球閥始終處于關閉狀態。

3 使用效果

3.1 該裝置可根據巷道尺寸做一個合適水幕，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；其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機的距離長短；在噴霧時間上可以調整，通過電腦對主機PLC程序進行修改，即可實現噴霧時間的任意調整。

3.2 根據實際情況，來設定進行噴霧作業的時間段以及單次噴霧作業所持續的時間，如果回風巷道比較長，可以考慮設置多組凈化水幕，最終達到降低回風巷內沒塵濃度降低的目的。同時設有手動控制按鈕，不需要噴霧作業時，可以關閉噴霧系統電源。

4 結束語

礦用自動灑水降塵裝置在高突礦井中成功實施后，通過歷時5個多月在井下的反復摸索試驗，現已有200多臺礦用自動灑水噴霧在公司高突礦井各條主運大巷及皮帶頭、尾處正常投入使用，它有效凈化空氣、煤塵，降低甲烷濃度和環境溫度，有效杜絕了煤塵飛揚，從而消除了生產中的不安全隱患，給井下作業環境和生產一線職工的身心健康提供了安全性的技術保障，同時明顯提高了井下煤塵、粉塵的綜合防治水平，深受廣大職工的一致好評。總之，它對高突礦井煤塵和粉塵綜合防治工作起到了很好的技術示范作用和具有技術推廣的價值。

［1］趙鐵錘.礦井粉塵防治技術[M].煤炭工業出版社,2007,8.

［2］楊亮.礦用自動灑水降塵裝置的發展和應用[J].科技信息,2011(17).