ZP-I型自動噴霧降塵裝置在井下綜合防塵中的應用

秦國樂

（大同煤礦集團永定莊煤業有限責任公司，山西 大同 037024）

引言

煤礦開采中煤炭粉塵不僅對作業人員的生命健康造成威脅，還對礦井內的各種機械設備、精密儀器的壽命產生影響[1]。當煤礦粉塵附著到機械設備上，不僅容易降低機械設備的工作效率，還會引發安全事故。目前煤礦企業的粉塵治理綜合設施主要以噴霧降塵為主，在實際應用過程中，更多是依靠人工操作的方式進行，容易受到人為因素的干擾而引發相應的安全隱患。因此，應將人工方式變更為自動方式，以提高噴霧降塵作用的效果。通過對自動噴霧降塵裝置的調研發現，ZP-I型自動噴霧降塵裝置為礦用隔爆兼具本質安全型設備，具有定時噴灑、延時調節等自動化功能[2]。此外，還可對環境的參數變化進行自身系統的數據修正，適用于現代化煤礦開采工作面的使用環境。選取某礦井34177 工作面作為試驗場地，將ZP-I型自動噴霧降塵裝置在實際工程中進行應用，試驗結果得到了良好的試驗數據，提升了礦井工作面粉塵防治工作的有效性。

1 ZP-I型自動噴霧降塵裝置的工作原理

ZP-I型自動噴霧降塵裝置采用目前先進的礦井噴霧降塵技術，除了包含常規性的噴霧降塵功能零部件以外，還加入了主動吸塵、主動吸收有害氣體的模塊。該裝置主要由電子控制箱、本質安全型電磁閥、光靈敏度傳感器、二次負壓降塵裝置、I/O 高清晰管線等零部件組成[3]。為了實現噴霧聯動功能，通常會在礦井工作面的采煤機器附近布置多個噴霧降塵作用點。同時，在每一個降層作用點的附近都配套安裝粉塵濃度的光靈敏傳感器，可根據粉塵濃度的數據變化，對發射器實現光敏控制。

當某個傳感器采集到粉塵濃度數據后，將通過I/O 管線傳輸信號至電子控制箱，同時將收到的信號集中與主控箱進行處理，并且發出命令開啟對應編號的電磁閥，實現噴霧作業[4]。與之相反，傳感器處于信號空檔期時，將延遲噴霧作業的動作，并且按照設定的延時時間與其他的傳感器周圍噴頭的噴霧作業時間相錯開。在自動噴霧降塵裝置的電控箱內，通過初始參數設計可實現立體水幕的效果。ZP-I型自動噴霧降塵裝置的工作原理如圖1 所示。

圖1 ZP-I型自動噴霧降塵裝置的工作原理示意圖

2 ZP-I型自動噴霧降塵裝置的參數和技術特點

2.1 工作參數

ZP-I型自動噴霧降塵裝置已經在某礦井工作面成功地進行了運行試驗，主要的運行參數為主控箱的工作電壓為220 V；電壓變化范圍對應工作電壓數值上限120%和下限80%；電磁閥的水壓設定為0.2～0.7 MPa；噴霧射出水霧的長度應大于5 m；水霧粒度應保持在0.006～0.16 mm之間；噴霧的動作響應控制時間的誤差應在2 s 之內；噪音不得大于85 dB[5]。

2.2 技術特點

主控箱內部控制線路采用的是MSC51 電腦芯片，放棄原來以PLC 為核心處理器的計算方式。通過該類芯片的安裝，可直接通過紅外遙控器進行遠程自動調校。主控箱的控制信號是高電平，此時的電磁閥為關閉狀態。在實現數據傳輸時，是由高電平轉換為低電平，開啟線路中的電磁閥[6]。因此，在信號轉換過程中實現了電路雙通道的控制，避免了高、低電平的相互干擾。

除了上述技術特點外，ZP-I型自動噴霧降塵裝置全程采用微電腦程序化控制，通過與后臺的顯示器連接，可實時對降塵裝置的運行狀態和參數進行查看。電磁閥都配備有自動保護的自鎖功能，當輸入信號異常或超過某個限值時，它將實現自動關閉，實現本質安全的功能。該類型的噴霧降塵裝置還具備預設功能，可實現在某個時間節點之間的自動噴霧。

3 自動噴霧降塵作業的布置

結合自動噴霧降塵裝置的工作原理，以及現場實際工程作業情況。在某段礦井工作面內，一共布置9 個噴霧降塵作業點。根據開采作業的工作強度、作業位置的間距、工序安排計劃等因素，綜合考慮9 個噴霧降塵點的位置。在每個噴霧降塵點的位置安裝傳感器，每個噴嘴的方向為45°，設置噴頭的噴出水壓為6～7 MPa。同時，做好自動噴霧降塵裝置的電氣保障，在工作面接入集成開關，設置電壓應不小于127 V。使得127 V的電纜能夠直接為主控箱進行供電，并且配合高壓水泵的使用，在采煤機的頂梁前端對噴嘴進行布置，直接向滾筒部位進行降塵處理。在采煤機的后端布置電磁閥、控制箱和接收器，整體布置示意圖，如圖2 所示。

圖2 ZP-I型自動噴霧降塵裝置布置示意圖

4 應用效果分析

將ZP-I型自動噴霧降塵裝置應用于某礦井34177 工作面中，與其他防塵裝置形成了綜合防塵體系，提高應對煤炭粉塵濃度升高的處置力度，尤其是對采煤機粉塵產生源頭進行根源性控制的效果更優。對布置后的礦井工作面進行實地觀察后發現，采煤機行走至噴霧降塵點后，支架上光控接收傳感器接收信號后，電磁閥動作，噴霧自動開啟，噴霧呈扇形狀，霧化效果較好；采煤機負壓降塵器噴出的霧狀水流范圍可達2.5～3.5 m，能夠將滾筒截齒作業區域的粉塵包裹。為了進一步掌握自動噴霧降塵裝置應用前后降塵效果，進行了為期2 個月的工作面粉塵在線監測。監測結果顯示：應用自動噴霧裝置后，各測點全塵降塵率為74.1%～91.7%，呼吸性粉塵降塵率為80.3%～92.7%，降塵效果明顯，尤其是滾筒截割落煤點及其附近的采煤機司機處全塵和呼吸性粉塵降塵率均超過90%。由此可以看出，采煤機周圍的粉塵濃度得到有效控制后，整個礦井工作面的粉塵濃度也得到降低，滿足國家相關的技術標準。分別對落煤點、移架處、上風口等位置的粉塵濃度進行對比，數據結果滿足預期分析，各處關鍵作業點的粉塵濃度都將會隨著采煤機周邊粉塵濃度的下降而下降，試驗結果證明了ZP-I型自動噴霧降塵裝置的應用能夠對礦井工作面的粉塵危害防治方面起到重要作用。

5 結論

1）確定單個工作面內布置9 個噴霧降塵點最為合理；

2）將噴嘴的方向應布置為45°，將噴出水壓設置為6～7 MPa，可以達到各測點全塵降塵率為74.1%～91.7%、呼吸性粉塵降塵率為80.3%～92.7%的效果，符合工程預期。