風(fēng)筒圈自動噴霧除塵系統(tǒng)在巷道掘進中應(yīng)用

楊 光

（山西潞安集團左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

局部通風(fēng)機是巷道掘進中重要通風(fēng)設(shè)施，巷道在掘進期間利用局部通風(fēng)機及柔性風(fēng)筒對工作面進行供風(fēng)，同時利用壓入的風(fēng)流排出工作面瓦斯、一氧化碳等有害氣體。掘進巷道風(fēng)筒出風(fēng)口距工作面迎頭一般在5～10 m 范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致工作面在風(fēng)筒出風(fēng)口高速風(fēng)流作用下產(chǎn)生高濃度揚塵，而傳統(tǒng)噴霧裝置距工作面迎頭較遠(yuǎn)，無法對工作面粉塵進行降塵處理，不僅不利于施工人員身心健康，而且降低工作面能見度，很容易出現(xiàn)安全事故。所以在正常通風(fēng)情況下，根據(jù)巷道風(fēng)量、粉塵濃度大小自動噴霧降塵，對進一步提高巷道通風(fēng)除塵自動化水平，降低巷道粉塵濃度具有重要意義[1-5]。本文以五里堠煤礦1101 運輸順槽掘進為例，研究提出了風(fēng)筒圈自動噴霧除塵系統(tǒng)，并在掘進巷道進行實踐應(yīng)用。

1 概述

五里堠煤礦1101 運輸順槽位于上組煤膠帶下山北部，巷道東部為1101 工作面，南部為上組煤集中大巷，西部為1102 工作面，北部為井田邊界，巷道南北走向布置。

1101 運輸順槽沿3#煤層底板、以0°方位角掘進施工，設(shè)計長度平距1200 m。巷道斷面設(shè)計為矩形，掘?qū)挕辆蚋?4500 mm×2600 mm，掘進斷面為11.7 m2，巷道支護形式設(shè)計為錨網(wǎng)、鋼筋托梁、錨索支護。

1101 巷采用綜合機械化掘進工藝，掘進期間在巷道開口東部距巷口20 m 處安裝兩臺FBDNO4.5/2*5.5 型局部通風(fēng)機，并通過Φ0.8 m柔性風(fēng)筒對工作面進行局部通風(fēng)。風(fēng)機功率為55 kW，吸風(fēng)量為560 m3/min。截至目前巷道已掘進500 m。

2 掘進前期通風(fēng)除塵現(xiàn)狀及問題分析

2.1 掘進前期通風(fēng)除塵現(xiàn)狀

（1）噴霧灑水裝置結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)噴霧灑水裝置主要由直徑為20 mm 高壓膠管、高壓噴頭、固定架以及閥門等部分組成。高壓噴頭安裝在固定架上，高壓膠管與固定架及靜壓水管連接。傳統(tǒng)噴霧灑水裝置采用人工開啟方式。

（2）安裝位置。1101 運輸順槽掘進期間回風(fēng)繞道口，在距工作面10 m 處掘進機上方以及距工作面50 m 處各安裝一套噴霧灑水裝置。

2.2 問題分析

（1）勞動強度大。傳統(tǒng)噴霧灑水裝置采用人工開啟方式，自動化水平相對較低，每班需安排專人對灑水裝置進行開關(guān)，隨著巷道延伸，巷道內(nèi)布置灑水裝置數(shù)量多，區(qū)域廣，增加了勞動作業(yè)強度。

（2）靜壓水損失量大。傳統(tǒng)噴霧灑水裝置單位時間灑水量為4.5 m3/h，1101 運輸巷掘進前期全天噴霧灑水量為68 m3/d，致使巷道內(nèi)靜壓水損失量大，導(dǎo)致巷道其他機械設(shè)備用水不足現(xiàn)象。

（3）自動化水平低。巷道在割煤工序時產(chǎn)生的粉塵濃度最大，其他工序如支護、延皮帶架等工序中粉塵濃度較小。傳統(tǒng)噴霧灑水裝置無法根據(jù)巷道內(nèi)實時粉塵濃度自動控制灑水量，降塵自動化水平低，而且造成巷道內(nèi)污水積水量大，降低巷道標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量。

（4）降塵效果差。工作面產(chǎn)生的揚塵主要由風(fēng)筒出風(fēng)口高速風(fēng)流帶動工作面浮塵造成的，傳統(tǒng)噴霧灑水裝置安裝地點位于揚塵點后，在降塵時僅僅起到防塵水幕的作用，無法實現(xiàn)全斷面水霧降塵效果。

3 風(fēng)筒圈自動噴霧除塵系統(tǒng)應(yīng)用分析

為了提高掘進巷道降塵系統(tǒng)自動化水平，實現(xiàn)掘進工作面自動除塵的目的，決定對1101 運輸順槽安裝一套風(fēng)筒圈自動噴霧除塵系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)筒圈自動噴霧除塵系統(tǒng)主要由PLC 控制器、聯(lián)鎖開關(guān)（80A）、粉塵傳感器、信號處理器、風(fēng)筒圈噴霧裝置、電控流量閥、高壓噴頭、高壓膠管等部分組成，如圖1 所示。

（1）PLC 控制器是整個系統(tǒng)核心部件，主要用于信號接收、處理以及指令下達等。PLC 控制器主要由內(nèi)部控制器、顯示器、指示燈、設(shè)置按鍵、接線口以及防爆金屬外殼等部分組成，主要安裝在掘進機托纜裝置后方。

（2）風(fēng)筒圈噴霧裝置主要由三通、金屬鋼圈、噴頭等部分組成，如圖1。金屬鋼圈直徑為0.8 m，鋼圈上均勻布置10 個高壓噴頭。該裝置主要安裝在風(fēng)筒內(nèi)部，距風(fēng)筒出風(fēng)口距離為5～10 m。

（3）粉塵傳感器分別在工作面、繞道口、巷道內(nèi)每隔200 m 安裝一臺，傳感器與信號處理器連接。其中繞道口、巷道內(nèi)傳感器設(shè)定保護動作值（粉塵濃度）為30 mg/m3，工作面?zhèn)鞲衅髟O(shè)定保護動作值（粉塵濃度）為40 mg/m3。

（4）聯(lián)鎖開關(guān)分別與PLC 控制器以及電控液閥連接，實現(xiàn)電控液閥停送電動作。電控液閥與靜壓水管連接。

圖1 風(fēng)筒圈自動噴霧除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 系統(tǒng)工作原理

巷道掘進過程中工作面粉塵濃度達40 mg/m3時，傳感器及時將數(shù)據(jù)信號傳送至信號處理器內(nèi)，通過數(shù)據(jù)信號處理后及時將電信號傳送至PLC 控制器內(nèi)，控制器接收信號后對風(fēng)筒圈噴霧裝置聯(lián)鎖開關(guān)下達“開啟”指令，聯(lián)鎖開關(guān)接收指令后及時對電控流量閥供電，風(fēng)筒圈噴霧裝置根據(jù)工作面粉塵濃度適當(dāng)調(diào)節(jié)噴霧量，實現(xiàn)自動噴霧灑水降塵。當(dāng)工作面內(nèi)粉塵濃度低于15 mg/m3時通過聯(lián)鎖保護作用及時斷開電控流量閥電源，裝置停止工作。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)缺點

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。風(fēng)筒圈自動噴霧除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，整套設(shè)備成本費用為0.85 萬元，成本費用相對較低。通過實際應(yīng)用來看，該系統(tǒng)故障率低，便于操作維護。

（2）自動化水平高。相比傳統(tǒng)的噴霧灑水裝置，風(fēng)筒圈自動噴霧除塵系統(tǒng)主要利用粉塵傳感器對工作面粉塵濃度進行監(jiān)測，采用PLC 控制器進行信號處理以及指令發(fā)送，從而實現(xiàn)根據(jù)工作面粉塵濃度自動進行噴霧灑水的目的，自動化水平高。

（3）降低了靜壓水損失量。掘進工作面安裝該除塵系統(tǒng)后，解決了傳統(tǒng)噴霧灑水裝置降塵時靜壓水損失量大、巷道污水積水量大等技術(shù)難題，提高了巷道作業(yè)環(huán)境。

（4）降塵效果好。傳統(tǒng)噴霧灑水裝置在高速風(fēng)流帶動下僅對巷道中上部斷面起到局部降塵效果，而該系統(tǒng)安裝在風(fēng)筒內(nèi)，高速風(fēng)流進入工作面前已進行霧化，從而實現(xiàn)了霧化風(fēng)流對巷道全斷面降塵的目的，大大提高了巷道降塵效果。

（5）該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中還存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：① 風(fēng)筒圈噴霧裝置安裝在工作面迎頭第一節(jié)風(fēng)筒內(nèi)，隨著巷道延伸需定期人工前移，增加裝置安裝勞動作業(yè)強度；② 由于工作面迎頭粉塵濃度傳感器3～5 m 處，在工作面高速風(fēng)流作用下，很容易造成傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)失真現(xiàn)象，所以需定期對傳感器進行校正。

4 結(jié)束語

2019 年2 月五里堠煤業(yè)有限公司通風(fēng)隊在1101運輸巷安裝一套風(fēng)筒圈自動噴霧除塵系統(tǒng)，截至2019 年6 月巷道已掘進到位。通過4 個月實際應(yīng)用效果來看，安裝該系統(tǒng)后工作面平均粉塵濃度由原來的42 mg/m3降低為11 mg/m3，工作面能見度由原來的不足5 m，提高至40 m，大大降低了工作面粉塵濃度。同時，采用該系統(tǒng)后工作面靜壓水損失量由原來的32 m3/d 降低為8 m3/d，保證了工作面靜壓水量及水壓，取得了良好成效。