馮中華
(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)朔州煤電王坪煤業(yè)公司,山西 朔州 038300)
某煤礦的年產(chǎn)煤量是45萬(wàn)t,現(xiàn)主要開(kāi)采煤層是3號(hào)煤層,平均厚度為3~8 m,有0°~20°的傾角,煤層的深度為460 m,煤質(zhì)是中高發(fā)熱量氣煤,局部含有焦煤,煤層有56 d的自然發(fā)火期,有較低的瓦斯含量,屬于低瓦斯礦井,煤塵的爆炸指數(shù)為41.37%,因此,如何減少煤塵含量,控制煤塵飛揚(yáng),是減少煤塵爆炸的關(guān)鍵。
在井下開(kāi)采過(guò)程中,輸送機(jī)的轉(zhuǎn)載、破煤機(jī)破煤、機(jī)組割煤、移架和放煤等作業(yè),都會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵。其中,機(jī)組割煤是工作面的最大塵源,也是產(chǎn)生煤塵的主要部分,且持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)[1],在割頂煤時(shí),支架前探梁的掩護(hù)板會(huì)被收回,隨著前滾筒的不斷升高,在前探梁上割煤,頂板出現(xiàn)垮落從而產(chǎn)生大量的煤塵,在掘進(jìn)時(shí),通過(guò)相互擠壓使巖體垮落,進(jìn)入溜槽后,巖體相互碰撞而產(chǎn)生大量的煤塵,且粉塵的濃度較大,煤塵的產(chǎn)生及含塵氣流運(yùn)動(dòng)方向如圖1所示。在移架過(guò)程中,液壓支架來(lái)回進(jìn)行升降,導(dǎo)致支架上方的巖體出現(xiàn)破碎,在支架移動(dòng)的過(guò)程中,巖體會(huì)沿縫隙落下,從而產(chǎn)生較多粒徑較大的粉塵。在放煤過(guò)程中,煤塵在進(jìn)風(fēng)流的作用下,沿放煤溜槽進(jìn)入回風(fēng)流,產(chǎn)生煤塵。
圖1 煤塵產(chǎn)生及含塵氣流運(yùn)動(dòng)方向示意圖
通過(guò)分析工作面產(chǎn)生煤塵的原因,目前單一的降塵措施已經(jīng)不能滿足降低工作面粉塵濃度的要求,因此,采用負(fù)壓誘導(dǎo)式自動(dòng)噴霧裝置[2]來(lái)有效降低工作面的粉塵濃度。
自動(dòng)噴霧裝置主要由噴霧總成、供氣電動(dòng)球閥、供水電動(dòng)球閥、主控制器、傳感器等部分組成,具體的電氣參數(shù)如表1所示,自動(dòng)噴霧裝置的原理是利用高速氣霧射流,在以負(fù)壓噴頭為圓心的1 m范圍內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,將煤塵吸入霧柱內(nèi),噴霧裝置中噴出的霧粒會(huì)擊中霧柱內(nèi)的粉塵[3],將粉塵浸濕使其降落,從而達(dá)到自動(dòng)除塵的效果,使用這種方法,產(chǎn)生的霧粒較小,影響范圍較大,降塵效果較好。
表1 自動(dòng)噴霧裝置電氣參數(shù)
負(fù)壓誘導(dǎo)式自動(dòng)噴霧裝置是采用氣水混合的方式對(duì)巷道和工作面的煤塵進(jìn)行噴霧降塵,噴霧總成通過(guò)負(fù)壓誘導(dǎo)式噴頭將霧噴出,噴頭霧化出的顆粒較小,可達(dá)到10μm,用水量較少,霧體范圍大,可以調(diào)節(jié)霧體的作用范圍以及水滴的運(yùn)動(dòng)速度,對(duì)巷道和工作表面及時(shí)補(bǔ)濕,提高空氣的濕度。隨著外界風(fēng)動(dòng)的影響,這些濕潤(rùn)的表面能夠吸附工作面內(nèi)的煤塵,從而避免了煤層的自燃和爆炸,降低煤塵對(duì)工作面的影響。
自動(dòng)噴霧裝置系統(tǒng)中探頭在接收到外界環(huán)境信號(hào)后,會(huì)將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)化成可識(shí)別的電信號(hào),通過(guò)電纜將電信號(hào)傳輸?shù)街骺刂破髦?,主控制器便?huì)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,將干擾信號(hào)剔除,并最終傳輸?shù)紺PU中,此時(shí)固態(tài)繼電器開(kāi)始工作,根據(jù)固態(tài)繼電器的指令,驅(qū)動(dòng)噴霧裝置的電磁閥,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧。自動(dòng)噴霧主控制器的工作原理如下頁(yè)圖2所示[4]。
圖2 自動(dòng)噴霧裝置主控制器工作原理
自動(dòng)噴霧裝置在正常工作期間,電磁閥處于開(kāi)啟的狀態(tài),會(huì)根據(jù)設(shè)定自動(dòng)進(jìn)行噴霧來(lái)降塵,在傳感器發(fā)射和接收到前方有物體阻隔后,探頭內(nèi)部的電壓信號(hào)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化,將信號(hào)反饋給主控制器,從而使驅(qū)動(dòng)電磁閥關(guān)閉,停止噴霧作業(yè),同時(shí)設(shè)定一定的延時(shí)時(shí)間,在到達(dá)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟固態(tài)繼電器,驅(qū)動(dòng)電磁閥開(kāi)啟,進(jìn)行噴霧作業(yè)。自動(dòng)噴霧裝置的具體安裝示意圖如圖3所示。
圖3 自動(dòng)噴霧裝置安裝示意圖
在某煤礦3號(hào)工作面中驗(yàn)證自動(dòng)噴霧裝置的效果,對(duì)幾個(gè)主要測(cè)塵點(diǎn)進(jìn)行濃度監(jiān)測(cè),并對(duì)使用自動(dòng)噴霧裝置和未使用自動(dòng)噴霧裝置的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表2所示。
從表2中可以看出,在割煤作業(yè)中,使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度可從13.5 mg/m3降低到7.0 mg/m3,比未使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度降低約48.14%,在移架作業(yè)中,使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵濃度約4.7 mg/m3,而未使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度約12.4 mg/m3,在放煤作業(yè)中,使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度約6.0 mg/m3,而未使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度可達(dá)13.6 mg/m3,在工作面回風(fēng)巷,使用自動(dòng)噴霧裝置比不使用自動(dòng)噴霧裝置的粉塵質(zhì)量濃度約降低50.37%。通過(guò)對(duì)各個(gè)主要塵點(diǎn)的監(jiān)測(cè)可見(jiàn),各測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度都大大降低,降塵效果較好。
表2 各測(cè)點(diǎn)粉塵濃度對(duì)比
1)通過(guò)調(diào)節(jié)霧體作用范圍和水滴運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到降塵的目的,采用自動(dòng)噴霧裝置,在割煤、移架、放煤作業(yè)中,能很好地控制工作面內(nèi)的粉塵濃度。
2)對(duì)工作面上幾個(gè)主要塵點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),結(jié)果表明,使用自動(dòng)噴霧裝置測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度比未使用自動(dòng)噴霧裝置測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度低,平均降幅達(dá)50%,降塵效果較好。