采煤機(jī)截割部噴霧降塵裝置的設(shè)計(jì)與分析

張麗文

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037001）

引言

當(dāng)前在煤礦生產(chǎn)中，由于高濃度的粉塵嚴(yán)重增加設(shè)備的磨損程度，同時(shí)嚴(yán)重影響設(shè)備的精確度，從而降低設(shè)備的使用年限。此外，由于在有限的空間內(nèi)，粉塵濃度過高可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)粉塵爆炸，造成大量的人員傷亡。為了能夠有效地降低粉塵的危害，各個(gè)國家的學(xué)者都在噴霧降塵技術(shù)方面進(jìn)行探究，其中，波洛克、羅辛等人在檢測旋風(fēng)器的性能之后，使得旋風(fēng)除塵裝置應(yīng)用于煤礦井下除塵[1-2]。在1940年，Penncy經(jīng)過大量的探究研究出了第1臺水霧除塵器，其理論得到廣泛的認(rèn)可[3-4]。隨著噴霧降塵理論的不斷發(fā)展，在此基礎(chǔ)上依據(jù)相應(yīng)的粉塵濃度設(shè)計(jì)了對應(yīng)的噴霧降塵系統(tǒng)，與此同時(shí)對粉塵微粒碰撞頻率進(jìn)行探究。為了能夠有效地降低井下粉塵危害，進(jìn)一步優(yōu)化井下工況環(huán)境，從而可以有效地優(yōu)化煤礦安全性。

1 總體設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)在綜采工作面截割位置能夠產(chǎn)生原始的粉塵質(zhì)量濃度在3 000～4 000 mg/m3的范圍內(nèi)。通常主要的降塵方式為噴霧降塵，而水包煤形式能夠有效地減少粉塵量，在實(shí)施噴霧除塵的過程中，主要重點(diǎn)考慮：噴霧流量、噴霧粒徑、噴霧覆蓋面積等參數(shù)。當(dāng)前在自動(dòng)化控制方面，PLC在該系統(tǒng)中是控制核心，可以借助電動(dòng)機(jī)采集器采集截割部位的運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸給PLC控制器。可以設(shè)置自動(dòng)控制水閥，并且能夠按照PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。同時(shí)設(shè)置一個(gè)GY-02煤礦專用壓力傳感器，其可以實(shí)施檢測水管的壓力。設(shè)置一個(gè)GC 10000型粉塵濃度傳感器，能夠?qū)馗畈糠蹓m濃度進(jìn)行檢測，與此同時(shí)將噴霧信息轉(zhuǎn)化成為電信號。圖1表示相應(yīng)的采煤機(jī)噴霧除塵裝置優(yōu)化總體方案圖。

圖1 采煤機(jī)噴霧除塵裝置優(yōu)化總體方案

2 設(shè)計(jì)過程

2.1 噴霧除塵裝置狀態(tài)圖設(shè)計(jì)

為了能夠有效地提高截割位置噴霧降塵的需要，將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為如下幾個(gè)狀態(tài)：開機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、配置狀態(tài)、點(diǎn)噴狀態(tài)、全噴狀態(tài)。此狀態(tài)都是由PLC實(shí)施邏輯控制。當(dāng)噴射除塵裝置通電之后，相應(yīng)的初始狀態(tài)可以設(shè)置為開機(jī)狀態(tài)，其中圖2表示相應(yīng)的運(yùn)行、停止、參數(shù)設(shè)置、點(diǎn)噴、全噴切換狀態(tài)。當(dāng)處于配置狀態(tài)時(shí)，能夠設(shè)置點(diǎn)噴時(shí)間、全噴時(shí)間以及相應(yīng)的噴霧方向與流量等。

2.2 噴霧除塵裝置自動(dòng)控制過程設(shè)計(jì)

通常情況下，噴霧降塵裝置可以設(shè)置為人工模式和自動(dòng)模式。其中，自動(dòng)模式下是由PLC進(jìn)行控制。圖3表示相應(yīng)的自動(dòng)流程圖。

圖2 噴霧除塵裝置狀態(tài)圖

當(dāng)噴霧降塵設(shè)備處于得電狀態(tài)時(shí)，相關(guān)工作人員按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，那么相應(yīng)的PLC開啟控制延時(shí)，當(dāng)達(dá)到延時(shí)時(shí)間時(shí)，需要對噴霧降塵的水壓以及相應(yīng)的采煤截割電機(jī)電信號參量進(jìn)行判斷，假如水壓以及相應(yīng)的電壓與電流處于工作數(shù)值時(shí)，采煤機(jī)才可以工作。當(dāng)設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)時(shí)，噴霧降塵設(shè)備才能夠正常運(yùn)行。

在采煤機(jī)工作時(shí)，可以借助PLC控制單元對噴霧狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施檢測。假如水壓低于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)則給采煤機(jī)以及噴霧裝置一個(gè)停止工作的命令，與此同時(shí)開始報(bào)警。當(dāng)PLC在檢測到采煤機(jī)電壓與電流參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)給采煤機(jī)與噴霧裝置發(fā)出停止工作的指令。

3 應(yīng)用效果

在采煤機(jī)截割部的噴霧裝置優(yōu)化之后，同時(shí)采用紅外線遙控系統(tǒng)測試工作面的總粉塵濃度以及相應(yīng)的呼吸粉塵濃度數(shù)值，如表1所示。

通過分析表1可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的噴霧降塵裝置安裝在機(jī)組與司機(jī)位置處，其總粉塵濃度以及呼吸粉塵濃度都大大降低，相應(yīng)的轉(zhuǎn)載位置回流將得到提高。上述位置粉塵濃度將大大降低，并且總塵降塵率控制在20%～40%之間，而相應(yīng)的呼塵降塵率控制在26%～57.6%范圍內(nèi)，由此可以看出，該裝置在降塵方面效果相對較好，進(jìn)而能夠大大提高噴霧降塵的效果[4]。

圖3 噴霧除塵裝置自動(dòng)控制流程圖

表1 綜采工作面采煤機(jī)截割部噴霧降塵裝置優(yōu)化前后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)