采掘工作面膠帶輸送機水煤隱患解決對策的研究

晉紀巖

（冀中能源峰峰集團新屯礦，河北 邯鄲 056201）

一、“水煤”隱患的主要危害

大多數斜井使用皮帶機進行送輸原煤，因此皮帶機在煤礦生產中使用較多。在原煤運輸過程中，水煤事故經常會導致皮帶出現皮帶跑偏，造成停車及淹埋機尾的安全隱患。此外，在實際生產中處理事故需要投入大量人力，更甚者帶入煤倉內極易發生串倉事故，淹埋設備或人員，造成人員傷亡事故發生。

針對此隱患，我們通過研究分析，專門制作水煤識別及噴灑處理的系統，來處理皮帶上的水煤，從而避免水煤的危害影響。水煤處理裝置是通過噴灑一種高分子吸水性樹脂來達到處理水煤的目的。高分子吸水性樹脂具有高吸水率，能吸收自身重量數百倍的水離子，吸水速率高，每克吸水性樹脂可以在短時間內吸收百克水離子，并且安全無毒無刺激，能夠有效的對皮帶上的水煤進行處理，防止造成水煤的危害。

二、水煤識別裝置的研究與設計：

（一）煤水分測量識別方法

微波水分測量技術是近年來新興的一門新測量技術，它是基于微波電子學和微波測量技術發展起來的，其應用都是低功率的，屬于微波能領域。

微波與無線電波、紅外線、可見光一樣都是電磁波，頻率為300MHz-300KMHz，在電磁波譜中位于紅外線與無線電之間，因為微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為＂超高頻電磁波＂，其波段為所有無線電波中波長最短的波，它穿透能力比較好，非常適合實時無損檢測。顆粒大小和環境等因素對微波法測量水分含量影響較小，可在相對惡劣環境下進行測量。同時，該方法檢測速度快，靈敏度高，比較適合實時在線測量的特點。因此微波煤水分測量技術是現場實時獲取煤水分含量的重要手段，具有識別準確，測量精度高的優勢。

（二）水煤識別裝置硬件設計

水煤識別裝置硬件系統由水煤識別模塊、數字信號處理單元組成。

1.微波測量模塊

微波測量模塊由微波信號源、定向耦合器、隔離器、微波接收檢測電路等組成。微波信號源加電后可產生頻率為9.7GHz 的固定射頻信號，所產生的射頻信號經定向耦合、隔離由發射器發射出去。發射器傳出的射頻信號經過被測物體后被接收器接收后送入微波接收檢測電路，所接收的信號經接收模塊放大后檢波，檢測到的電平信號由接收模塊送入數字信號處理單元。

接收器將接收到的功率信號轉換為電壓信號輸出，數字信號處理單元通過采集該信號來實現對含水率的處理。

2.數字信號處理單元

輸送帶的輸送速率和現場條件決定了數字信號處理單元對硬件的設計具有較高的要求。精確的處理信號是進行含水率分析和處理的基礎。因此，本系統采用TMS320F2812 芯片作為數字信號處理單元，TMS320F2812 采用改進的哈佛結構、硬件乘法器、8級流水線和專用的信號處理的尋址方式，極大地提高了實時處理能力。

（三）水煤識別裝置軟件設計

1.測量信號與含水率關系的確定

微波測濕模塊發生的頻率固定在9.7GHz。本裝置采用80 次/s的采樣頻率在輸送帶上連續采樣400 個數據，通過距離大約為5 m。通過定量采樣分析數據與微波衰減的關系，對得到的實驗數據進行線性擬合，得到含水率m 與輸出電壓v 的邏輯關系。

2.信號處理單元的軟件設計

輸送帶工作過程處于復雜的電磁環境中，因此，必須設計一個符合實際的高通濾波器以保證測量的準確性。信號處理單元還要通過軟件補償的方法來消除輸送帶上煤流表層反射對裝置測量產生的影響，通過對測量數據的處理得到含水率信息并能夠實現裝置的實時顯示、報警，同時要求檢測裝置每隔1s顯示含水量數據。

三、高吸水性數值的吸水機理

高吸水性樹脂最初階段的吸水是通過毛細管吸附和分散作用實現的。接著，水分子通過氫鍵與樹脂的親水基團作用，離子型的親水基團遇水開始離解，陰離子固定在高分子鏈上，陽離子為可移動離子。隨著親水基團的進一步離解，陰離子數目增多。離子間的靜電斥力增大，使樹脂網絡擴張。同時為了維持電中性，陽離子不能向外部溶劑擴散，導致可移動陽離子在樹脂網絡內的濃度增大，網絡內外的滲透壓隨之增加，水分子進一步滲入。隨著吸水量的增大，網絡內外的滲透壓差趨向于零，并且隨網絡擴張其彈性收縮力也在增加，逐漸抵消了陰離子的靜電斥力，最終達到吸水平衡。

四、水煤處理裝置機械結構的設計

根據噴灑材料的選擇進行水煤識別與處理裝置的設計，水煤識別與處理裝置，主要由機架、檢測裝置、控制器、電磁閥、吸水性樹脂儲存器、輸送管、出料口組成。

機架橫跨于皮帶機上方，機架兩側與皮帶機固定；吸水性樹脂儲存器下部通過輸送管連接有出料口，吸水性樹脂儲存器和輸送管固定于機架中部，出料口朝向皮帶；輸送管與吸水性樹脂儲存器連接處下方設置有電磁閥，吸水性樹脂儲存器上部。電磁閥設置于輸送管上端以方便精準的控制開啟時間，以此調節吸水性樹脂的噴灑量。

五、結束語

水煤識別及處理系統在峰峰礦區新屯礦14275 工作面第一臺皮帶機安裝以來，使用效果明顯。皮帶上有水煤時，能及時進行噴射，使流體狀變成膠泥狀。從源頭上主動杜絕水煤形成，有效杜絕水煤的形成，確保皮帶機安全運輸。