全自動塵源跟蹤噴霧降塵技術在采煤工作面中的應用

智 軍

（西山煤電股份有限公司西銘礦， 山西 太原 030052）

1 工作面概況

西銘礦北七采區48705 綜采工作面的地表位于王家溝村以東、馬矢山村以西、隨老母斷層以南、蒿地茆村西北。太佳公路由南東向北西穿過工作面北部地表，工作面蓋山厚度224～406 m，平均315 m。該工作面井下位于北七采區左翼，東為48703 掘進工作面，南鄰北七左翼回風巷，西鄰為48707 工作面采空區，北為隨老母斷層。該工作面煤層自燃傾向性為Ⅱ類，自燃煤層，工作面用于治理瓦斯風量為2 540 m3/min。工作面進風巷、回風巷均按照設計要求安裝防塵管路，并按照進風巷、回風巷的規定設置三通閥門并配備灑水軟管，回風巷按規定設置捕塵網凈化水幕聯合降塵裝置、工作面運輸轉載落煤點安裝防塵罩，采煤機安裝外噴霧，在工作面巷道入口處安裝反沖式水質過濾器，改善管網的水質。鑒于受防塵管網水壓等眾多因素影響，采煤機割煤作業時，落煤處產生大量懸浮煤塵，原采煤機噴霧降塵裝置，不能快速捕捉煤塵，導致采煤機下風側煤塵分散在工作面持續時間較長，不能得到有效緩解，因此引進新型全自動塵源智能跟蹤噴霧降塵技術，實現實時跟蹤連續降塵的目的。

2 全自動塵源跟蹤降塵系統的組成及工作原理

1）本系統由采煤機紅外發射器、支架紅外接收器、支架噴霧、支架水幕及電磁閥、三通供水閥門、電源控制箱、高壓膠管及連接分控箱的專用電纜、信號發射主機、防爆隔離開關組成[1]。

2）在控制系列車安裝智能降塵主控裝置，通過專用線纜與工作面液壓支架上安裝的分控箱連通，分控箱與支架上安裝的本安型電磁閥及配套的紅外接收傳感器連通，由采煤機安裝的紅外信號發射器與支架安裝的紅外信號接收器形成采煤機全方位定位體系。主控箱根據接收到的位置信號確定采煤機的實時位置。伴隨著采煤機割煤方向的移動，設定下風側降塵水幕的組數、采煤機的位置等工作參數。根據各類發射器、接收器，實時監測采煤機的行走位置，根據控制器所采集的數據，自動控制采煤機下風側多道凈化水幕、噴霧的自動開啟/關閉，及時捕捉落煤時產生的大量煤塵，降塵主控箱根據捕捉的指令信號向分控箱下達執行命令，分控箱給設定好的降塵水幕電池閥發出開啟指令，形成多道水幕隔離墻，從而凈化作業區域的懸浮煤塵，給降低職業病發生率提供了保障[2]。

3）全自動塵源跟蹤降塵技術在正常割煤作業時，通過在采煤機上安裝1 個公用的紅外發射器，在工作面所有液壓支架的前支撐立柱安裝1 個配套的紅外信號接收器，當采煤機運行到某個支架位置時，相應的紅外信號接收器接收到指令信號后，以通訊方式通過分控箱將指令傳輸到系統主控箱，主控箱按照預先設定的程序和參數，將執行指令分別下達到各個分控箱，分控箱給支架電磁閥下達開啟命令；一旦接到開啟命令，則電磁閥呈開啟狀態（可同時開啟設訂好的水幕組數），并執行高壓噴霧降塵動作，形成采煤機噴霧、支架噴霧、水幕全方位降塵體系，有效遏制了煤塵的擴散[3]。

3 全自動塵源跟蹤噴霧降塵工藝

1）全自動采煤機塵源跟蹤噴霧降塵系統是全自動化的新型智能降塵系統，其工作效率相匹配的相關工作參數（如噴霧、支架水幕的組數等）可以根據現場實際情況自行設置，系統將記憶設置的工作參數，形成記憶軌跡，即按設定的記憶軌跡進行統一下達執行指令，分控箱通過指令給對應的電磁閥下達執行指令；預先在系統設定的各項執行參數必須根據采煤機運行過程中存在的問題及時進行調整，確保降塵效果達到最佳狀態。該系統需要確定的主要參數包括：采煤機行走過程中的前后位置定位誤差值、采煤機前后滾簡處噴霧安裝數量及下風側支架水幕的開啟組數、供水壓力等。為了使工作面粉塵濃度控制到最佳效果，在工作面液壓支架前探梁下方安裝2 個G 型噴嘴，可根據工作面液壓支架實際架寬，確定噴霧噴嘴的間距，本工作面實際架寬1.75 m，因此確定支架2 個噴嘴間距為700 mm，液壓支架噴嘴由其匹配的高壓電磁閥控制，見圖1。

圖1 系統在支架上的安裝布置簡圖

2）采煤機上、下滾筒噴嘴數量的設置是整個降塵技術中提升降塵效果的關鍵因素，其設置數量既不能太多，也不能太少。噴嘴密度大，覆蓋范圍過大，對提高噴霧降塵效果作用有限，反而造成供水量的消耗；噴嘴數量太少，覆蓋不了滾筒全斷面。有效射程不高，不能達到降塵目標，上風側滾筒噴嘴數確定為8 個。為對采煤機下風側持續跟蹤凈化，下風側噴霧數量為8 個，配合下風側同時開啟支架凈化水幕組數，形成綜合降塵體系，全方位捕捉煤塵，前滾筒至后滾筒隔距離為5 架支架寬度，約8.75 m。采煤機機身區域5 個支架，屬于過渡段不是煤塵直接產塵源，為節約供水總量，將這5 架設置成不工作狀態。

3）降塵噴霧系統主要技術指標。噴霧粒徑130μm，噴嘴流量約7 L/min，支架總噴霧流量約84 L/min；噴霧有效射程≥4 m；噴霧供水壓力≥8 MPa；降塵噴霧區域為采煤機前、后滾筒作業區域以及滾筒下風側40 m 范圍內。

4 應用效果

全自動采煤機塵源跟蹤噴霧降塵系統使用過程中，由測塵人員在下風側，對使用原降塵裝置的粉塵濃度與使用全自動采煤機塵源跟蹤噴霧降塵系統后的粉塵濃度進行了對比分析，通過對測定的粉塵濃度數據對比分析，采用常規降塵措施后的測定的粉塵質量濃度值為1 426 mg/m3，采用全自動采煤機塵源跟蹤噴霧降塵系統后測定的粉塵質量濃度值為95～180 mg/m3，該系統可從產塵源頭大大降低粉塵濃度，通過采取全方位降塵措施后，可將粉塵控制在限定的作業區間，降低粉塵的擴散區域。通過采用各降塵裝置聯合動作的方式，有效遏制了作業點粉塵擴散，可降低支架操作區域的粉塵濃度，提升了職業健康保障能力。

5 結論

通過在西銘礦北七采區48705 工作面使用全自動采煤機塵源跟蹤噴霧降塵技術后，實現了對采煤工作面降塵裝置及其參數工作軌跡的遠程集中控制，減少了人員操作環節，有效地提升了綜合降塵水平，捕捉采煤機滾筒落煤時的大量煤塵，有效抑制了煤塵的飛揚，降低了巷道粉塵濃度，為工作面正常作業期間各作業環節安全操作打下了良好的基礎。