礦井自動控制灑水降塵技術的應用

何清朝， 唐中偉

（琿春礦業（集團）八連城煤業有限公司， 吉林 琿春 133300）

引言

粉塵危害極大，不但導致生產環境的惡化，而且加劇機械設備的磨損，縮短機械設備的壽命，危害職工的身體健康，導致各種職業病，更重要的是可能引發煤塵爆炸。因此，粉塵防治是煤礦災害治理的重點。隨著機械化水平的不斷提高，礦井粉塵的產生量越來越大。根據八連城煤礦綜掘工作面的粉塵全塵質量濃度高達28～32 mg/m3，生產期間，粉塵導致巷道能見度低。為解決綜掘工作面風流中粉塵超標問題，掘進巷道傳統方式主要是采用局部通風機進行正壓通風除塵，在運輸轉載點和巷道內安裝灑水噴霧裝置進行降塵，但是受巷道斷面、長度、風量、掘進工藝等影響，傳統通風除塵降塵方法效果相對較差，且除塵自動化水平低，無法達到掘進巷道高效除塵的目的，不利于巷道安全快速掘進。本文以72303 回風順槽掘進工作面為例，對掘進巷道自動控制灑水降塵系統進行闡述和說明。

1 72303 回風順槽掘進工作面概述

礦井消防供水與防塵共用一套系統。地面工業廣場清水泵房設置兩個消防水池，水池容量為1 000 m3和400 m3。地面消防水池采用焊接鋼管以靜壓方式向井下供水，總管路采用Φ159 mm 無縫鋼管、分支管路采用Φ108 mm 無縫鋼管，水壓力為4.6 MPa。

72303 回風順槽掘進工作面位于西七采區，屬于23 號煤層，煤層平均厚度1.7 m，煤層有爆炸危險性。巷道東部為井田邊界，南部為72305 采空區，西部為西七區回風巷，北部為72303 運輸順槽掘進區域。72303 回風順槽設計長度為950 m，巷道斷面規格為4.6 m×3.0 m，72303 回風順槽沿23 號煤層頂板掘進，煤層偽頂為泥巖，厚度0.85 m，直接頂為粉砂巖和泥質粉砂巖，厚度20.05 m，f=2.31，煤層底板為泥巖，厚度1.15 m，f=2.53。

截至2021 年12 月20 日，72303 回風順槽已掘進440 m，剩余510 m，掘進工作面采用EBZ 200 型掘進機掘進，采用DSJ-100 型皮帶輸送機運輸煤炭，掘進施工進度為8 m/d。72303 回風順槽按規程要求安裝了消防供水管路、壓風管路、排水管路，每隔50 m安設供水三通及支管，并在各轉載點安設灑水噴霧，在距工作面50 m 處安設全斷面風流凈化水幕進行降塵。生產期間，測塵人員現場檢測發現，工作面粉塵全塵濃度達32 mg/m3，工作面能見度僅5 m。巷道采用噴霧灑水裝置進行降塵，但實際噴霧效果差，噴頭水量大，達不到預期的降塵效果，粉塵濃度依舊超標。對此，將原巷道降塵裝置進行合理優化，采用一套自動控制氣水聯動噴霧的除塵系統。

2 自動控制灑水降塵機構和工作原理

自動控制灑水除塵裝置如圖1 所示。

如圖1 所示，自動控制降塵系統主要通過氣霧控制柜內的液體控制單元、氣體控制單元以及控制系統，對外部的水源、氣源進行高精度過濾和壓力調節之后將其輸送至外部管路；在外部管路中經過二次處理，將液體和氣體調節至適合工作環境的物理狀態,最后于霧化噴嘴處匯合,通過霧化噴嘴對工業現場的環境進行降塵處理。其中控制系統能夠根據氣水輸送系統的信號對電磁閥進行控制,從而控制氣液兩路的開閉。當有人員經過時,紅外感應器感應到10 m 范圍的人體信號后，控制單元電子閥開始動作,對水源閥門進行關閉，而氣源閥門正常開啟，僅保持氣源暢通，人員通過紅外感應區后，控制系統向水源電磁閥發送命令,將其開啟。壓力調節系統將液體和氣體輸送到噴嘴, 在高壓氣體作用下, 水流通過高壓氣體進行霧化，形成極細微的霧狀水珠顆粒,通過噴嘴射入巷道空氣中。霧狀水珠顆粒對空氣中飛揚的粉塵進行吸附捕捉,粉塵受重力作用而沉降,從而達到降塵的目的。噴嘴本體兩端上有一個高壓氣體入口“A”、液體入口“W”，安裝時，要將高壓氣體和供水管路分別接入噴嘴兩端。在煤巷掘進時，為了提高煤塵的降塵率，礦井購置了一批煤塵抑制劑，煤塵抑制劑的作用是在煤塵漂浮在水面時，起到破壞水的張力，讓煤塵易溶于水，沉積到水底。在煤塵抑制劑的作用下，自動控制降塵系統更好地捕捉粉塵，將空氣中的粉塵和地面沉積的粉塵更好的控制住。

自動控制降塵系統安裝在72303 回風順槽掘進工作面巷道內，與工作面迎頭距離為50 m；集中控制器（PLC）安裝在巷道拉門口位置，分別與自動噴霧系統、粉塵抑制系統有線連接，主要用于信號處理、指令發送等，是整套系統的核心配件。

3 自動控制降塵系統優點

1）系統穩定性強。72303 回風順槽掘進工作面安裝的自動控制降塵系統結構簡單，現場僅1 個集中控制器、1 組紅外感應器、2 個電磁球閥、500mMHYVP-1*4*7/0.52 通訊線和1 組氣霧噴霧頭，便于人員安裝、管理和維護。氣霧噴霧噴嘴是頂針渦旋結構，噴頭用于高壓、高強度反復使用，且噴頭外部有防塵口，相比傳統的銅制噴嘴，更加耐用、霧化效果更好，傳統的銅制噴嘴易出現煤粉、粉塵堵塞噴頭，抗高壓能力弱，因此，該噴嘴更耐用、更穩定。自動控制降塵系統在72303 回風順槽應用期間，僅使用1 組氣霧噴霧嘴，未出現噴霧效果不好，設備失靈等故障，因此，該系統穩定性高，簡單易懂。

2）系統自動性高。傳統的灑水噴霧裝置需要人員進行手動操作，而且傳統的灑水噴霧在消防供水管路安設的三通閥門進行操作，人員需要通過皮帶運輸機后開啟，給人身安全帶來危險，同時，因Φ16 mm 銅制球閥反復開關，球閥易損壞且勞動強度大，增加了降塵除塵的成本；而自動控制降塵系統通過電磁球閥受控制器控制即可達到自動供水、供風，雖然增加了一趟Φ10 mm 壓風膠管，但實現噴霧降塵自動化，解放了勞動力，也起到了巷道降塵的目的，大大提高了巷道降塵自動化水平。同時，傳統灑水噴霧裝置在噴霧降塵時，噴頭耗水量增大，經測算傳統的一組銅制噴霧裝置耗水量為3 L/min，造成巷道內出現積水、泥濘等問題，而使用自動控制降塵系統后，同等的一組氣霧噴霧噴嘴耗水量為0.8 L/min，耗風量為0.5 m3/min，減少了供水管路的水浪費，降低了礦井粉塵防治成本，在節支降成上起到了積極作用，同時，自動控制降塵系統前后50 m 范圍內巷道濕潤、無積水、無泥濘，自72303 回風順槽掘進工作面安裝自動控制降塵系統后，巷道內文明生產水平得到大幅度提高。

3）系統降塵率高。自動控制降塵系統在壓風和供水的聯動下，水幕霧化效果好，水滴顆粒小，對巷道內的飛揚的粉塵捕塵效果好；而粉塵抑制系統主要破壞水的張力，使得煤塵溶于水，對巷道內積塵和浮塵顆粒吸塵效果好。在72303 回風順槽掘進工作面安裝該系統后，該巷道粉塵濃度為8 mg/m3，現場空氣清新，能見度達到50 m 以上。

4 結論

截至2021 年12 月20 日72303 回風順槽掘進工作面已掘進440 m，巷道安裝了1 套自動控制降塵系統。從兩個月實際應用效果來看，巷道內粉塵全塵質量濃度為8 mg/m3，巷道能見度提高至50 m 以上。該系統的應用大大降低了巷道粉塵質量濃度，保證了巷道安全快速掘進，取得了顯著應用成效。