張崇智

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.西山煤電集團(tuán)西曲礦，太原 030024）

西曲礦綜采工作面粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置應(yīng)用研究

張崇智1，2

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.西山煤電集團(tuán)西曲礦，太原 030024）

針對(duì)煤礦綜采工作面降塵效果不理想，無法對(duì)工作面現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并有效降塵的情況，提出了應(yīng)用ZP-127型粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度自動(dòng)分析，并且當(dāng)粉塵濃度超過一定限值后進(jìn)行自動(dòng)噴霧降塵措施。該系統(tǒng)在山西西曲煤礦18502綜采工作面試用后的降塵效果較為明顯，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度，使工人工作環(huán)境得到了顯著改善。

粉塵；在線監(jiān)測(cè)；降塵裝置；降塵效果

粉塵是我國煤礦五大災(zāi)害之一，現(xiàn)今隨著我國煤礦機(jī)械化水平的不斷提高以及勞動(dòng)強(qiáng)度的不斷增大，粉塵危害更加嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年有5.7萬人患上塵肺病，因塵肺病死亡的人數(shù)則有6 000左右，是安全事故死亡人數(shù)的2倍[1]。尤其綜采工作面煤塵問題一直較為嚴(yán)重，使得綜采工作面勞動(dòng)衛(wèi)生條件十分惡劣，嚴(yán)重威脅一線工人的身體健康和煤礦的生產(chǎn)安全[2]。因此，綜采工作面粉塵的治理迫在眉睫。

本文提出在煤礦綜采工作面引入ZP-127型粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置，并在山西西曲煤礦進(jìn)行試用后，現(xiàn)場(chǎng)降塵效果明顯。

1 西曲礦工作面概況

西曲礦18502綜采工作面上覆為2、3號(hào)煤12501、12502及4號(hào)煤14501、14502采空區(qū)，煤層厚度為3.85～4.22 m，工作面正、副巷長(zhǎng)度約為1 610 m，巷道凈斷面為14.7 m2，所采煤層為8號(hào)煤，煤塵爆炸指數(shù)為23.21%。為了改善18502綜采工作面的作業(yè)環(huán)境，礦井采取了凈化水幕、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧、捕塵網(wǎng)、人工控制的噴霧等措施進(jìn)行降塵，但由于人工控制的噴霧霧化效果差，噴水量大，作業(yè)時(shí)影響操作人員視線，易淋濕作業(yè)人員衣服，使煤的水分增加較大，影響煤質(zhì)，因此在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得不到良好的降塵效果，嚴(yán)重影響工作面采煤工作的正常進(jìn)行，損害工作面機(jī)器的使用年限和工人們的身體健康。并且高濃的粉塵存在極高的爆炸危險(xiǎn)性，無法保障煤礦正常安全生產(chǎn)。因此，綜采工作面粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置的應(yīng)用研究工作亟待進(jìn)行。

2 ZP-127型粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置

2.1 ZP-127型粉塵在線監(jiān)測(cè)裝置的構(gòu)成

CGC1000型粉塵濃度識(shí)別裝置是整套粉塵在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它在原有的電路系統(tǒng)上進(jìn)行了有效對(duì)接和改進(jìn)。整套系統(tǒng)的主機(jī)部分采用了進(jìn)口工業(yè)級(jí)PLC智能控制器，具有時(shí)鐘功能，可以按照需要的時(shí)間表計(jì)時(shí)運(yùn)行，精確到秒時(shí)間，控制精確無誤，具有集成電路一體化傳感器，高可靠性電磁閥，多種措施并舉，確保裝置能夠長(zhǎng)期連續(xù)工作而無故障；包括了粉塵濃度自動(dòng)分析系統(tǒng)、濃度超限報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)噴霧系統(tǒng)和地面監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離粉塵在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。整個(gè)裝置系統(tǒng)可以預(yù)先設(shè)置粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)工作面粉塵濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，當(dāng)工作面粉塵濃度達(dá)到或超過所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超標(biāo)警報(bào)，并自動(dòng)噴霧降塵，直到粉塵濃度降到標(biāo)準(zhǔn)以下。地面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)控井下警報(bào)及噴霧狀態(tài)，如果噴嘴噴霧不及時(shí)，可以通過電信號(hào)通知井下人員人工打開噴霧設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵的及時(shí)治理。

2.2 ZP-127型粉塵在線監(jiān)測(cè)裝置的工作原理

ZP-127型粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置，具有智能化、自動(dòng)化的特點(diǎn)，其噴霧降塵系統(tǒng)中如噴霧數(shù)量、光控傳感器接收距離、粉塵自動(dòng)分析傳感器分析濃度范圍及設(shè)定時(shí)間等技術(shù)參數(shù)可以根據(jù)工作面實(shí)際情況自主設(shè)置，系統(tǒng)根據(jù)已設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行程序化工作，以達(dá)到最好的除塵效果。當(dāng)環(huán)境粉塵濃度大于粉塵傳感器設(shè)置報(bào)警值時(shí)，粉塵濃度傳感器輸出報(bào)警信號(hào)通過控制主機(jī)開啟降塵裝置開始噴霧降塵，此時(shí)當(dāng)光控傳感器前方5 m內(nèi)有人走動(dòng)時(shí)，光控傳感器輸出高電平，主機(jī)接收到信號(hào)后電動(dòng)球閥斷開，馬上停止，避免淋濕行人，當(dāng)行人離開后如粉塵濃度仍超標(biāo)則繼續(xù)噴霧。

3 在線監(jiān)測(cè)裝置在工作面的應(yīng)用

為了改變18502綜采工作面高濃度的粉塵環(huán)境，實(shí)現(xiàn)工作面的粉塵在線監(jiān)測(cè)并根據(jù)粉塵濃度實(shí)行自動(dòng)噴霧降塵措施，保證工人們的安全生產(chǎn)和身體健康，西曲礦在18502綜采工作面別安裝應(yīng)用了結(jié)合GCG1000型粉塵傳感器的ZP-127型自動(dòng)噴霧的粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置。設(shè)置裝置的噴霧參數(shù)為噴霧壓力≥8 MPa；每個(gè)噴嘴噴霧流量約為7 L/min；總流量大約為84 L/min；在1 m/s風(fēng)速條件下，有效射程≥4 m；ZP-127型粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置在工作面巷道內(nèi)的具體安裝布置，見圖1。

其中，安裝過程中的注意問題包括：

a.噴桿應(yīng)緊貼巷道上壁，噴頭應(yīng)該迎風(fēng)向向下成30°～45°（可以根據(jù)風(fēng)速的大小調(diào)整角度）。

b.粉塵傳感器一般采用吊掛的方式安裝在噴霧裝置上風(fēng)測(cè)10～20 m處的巷道壁上（可以根據(jù)風(fēng)速的大小調(diào)整距離，以無水霧飄到粉塵傳感器上為準(zhǔn)），位置在距離地面三分之二的巷道高度；要求粉塵傳感器抽風(fēng)口與風(fēng)向一致且不可傾斜，以免影響測(cè)量的精度。

c.主機(jī)應(yīng)懸掛在噴霧裝置上風(fēng)側(cè)1～3 m的巷道側(cè)壁上。

d.人體紅外光控傳感器應(yīng)水平且與巷道壁成90°角安裝在噴霧裝置上風(fēng)側(cè)5～6 m的巷道側(cè)壁上，下風(fēng)側(cè)9～10 m的巷道側(cè)壁上，距離巷道底板在1.3～1.5 m為宜。

e.電磁閥應(yīng)安裝在巷道側(cè)壁上。

設(shè)備元件連接方式，見圖2。

4 工作面的降塵效果

在該設(shè)備安裝前，僅采用常規(guī)除塵措施，該工作面粉塵全塵濃度常年保持在962 mg/m3左右，粉塵濃度無法得到有效的控制。該裝置安裝后在下隅角，采煤機(jī)前十米處，采煤機(jī)司機(jī)位置，采煤機(jī)后10 m處，上隅角位置距離地面約1.5 m的高度嚴(yán)格按照測(cè)塵步驟進(jìn)行粉塵濃度采樣測(cè)量得出，在采用ZP-127型粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置后，當(dāng)濃度超過設(shè)定值10 mg/m3以上時(shí)能迅速啟動(dòng)降塵噴霧系統(tǒng)進(jìn)行噴霧降塵，降塵效率高達(dá)90%以上，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線自動(dòng)跟蹤降塵的目標(biāo)，能夠確保工作面作業(yè)環(huán)境中的粉塵濃度低于該設(shè)備設(shè)定的粉塵濃度。

5 結(jié)論及建議

通過在18502綜采工作面使用ZP-127型粉塵在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)降塵裝置，實(shí)現(xiàn)了在綜采工作面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)跟蹤并進(jìn)行自動(dòng)噴霧降塵的措施，隨著此技術(shù)的逐步更新改進(jìn)，可以逐步的取代原有除塵設(shè)施，不僅有效解決了綜采工作面生產(chǎn)期間粉塵濃度超標(biāo)的難題，更簡(jiǎn)化了礦井除塵系統(tǒng)，大大節(jié)約了煤礦除塵工作的費(fèi)用，對(duì)于改善工作面作業(yè)環(huán)境，防治塵肺病的危害，確保工作面安全生產(chǎn)，間接增加煤礦生產(chǎn)效益起重要作用，有著積極有效的推廣應(yīng)用價(jià)值。然而，對(duì)于此系統(tǒng)安裝應(yīng)用過程中仍舊有一定的問題需要注意，對(duì)此提出了相應(yīng)問題解決的建議：

1）高壓管路接頭的抗壓強(qiáng)度需要進(jìn)一步加強(qiáng)，當(dāng)高壓水通過時(shí)要切實(shí)保證其管路的安全性，防止有崩管現(xiàn)象，造成設(shè)備的毀壞，降塵工作的中斷甚至對(duì)工人造成人身傷害。

2）由于粉塵在空氣中流動(dòng)屬于離散相，隨氣流的變化濃度分布差異很大，在采煤機(jī)切割不同的位

置時(shí)粉塵顆粒在巷道中的運(yùn)移規(guī)律不同，因此要合理選擇粉塵濃度傳感器的安裝位置，確保傳感器接受到的粉塵濃度信號(hào)靈敏有效。

3）由于粉塵顆粒大部分為疏水性質(zhì)，并且粉塵顆粒越小，其比表面積越大，越難被水滴捕捉，因此必須使用高壓泵提高噴霧壓力，提高霧化效果，減小霧粒直徑，保證水霧粒徑在10 μm以下，有效捕捉空氣中的呼吸性粉塵。

4）粉塵在巷道中的逸散范圍越廣，工人接觸粉塵的時(shí)間范圍越大，粉塵的爆炸危險(xiǎn)性也相應(yīng)越大，因此必須根據(jù)有效控制范圍，及時(shí)調(diào)整設(shè)置位置，盡可能保證噴霧裝置設(shè)置在產(chǎn)塵附近10～15 m的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)從源頭控制降塵。

5）目前將該裝置只應(yīng)用在采煤工作面，應(yīng)用范圍局限性太大，需要進(jìn)一步改進(jìn)裝置，增強(qiáng)其適應(yīng)范圍，如安設(shè)在盤區(qū)進(jìn)回風(fēng)口及皮帶巷、煤庫等裝卸煤點(diǎn)附近，進(jìn)行全礦井的粉塵在線監(jiān)測(cè)，防治。

6）加強(qiáng)粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的巡查標(biāo)效，并定期開展現(xiàn)場(chǎng)人工粉塵測(cè)定值與裝置顯示值的比對(duì)調(diào)整，保證粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠正常準(zhǔn)確的運(yùn)行。

[1]鄭莉.我國每年5.7萬名礦工患上塵肺病[J].安全與健康，2011（1）:34-36.

[2]李修磊,程育順,劉福祥.煤礦井下粉塵災(zāi)害現(xiàn)狀調(diào)查[J].山東煤炭科技，2006（5）:17-18.

[3]程學(xué)珍,劉玫,王永寶，等.煤礦粉塵檢測(cè)與控制技術(shù)[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2008.27（6）:78-79.

[4]張強(qiáng),秦玉紅.感應(yīng)式粉塵濃度檢測(cè)方法[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2014（7）:104-106.

[5]田冬梅,蔣仲安,姚建，等.中外粉塵監(jiān)測(cè)技術(shù)的比較[J].金屬礦山，2008（7）:116-119.

[6]陳建閣,王杰,吳付祥.交流耦合式電荷感應(yīng)法粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)研究[J].環(huán)境工程，2014（4）:131-134，147.

[7]張濤.激光透射式粉塵儀的微弱信號(hào)處理研究[J].機(jī)電工程，2011（12）:1453-1456.

Application of On-line Monitoring and Automatic Dust Suppression Device in Fully-mechanized Mining Face in Xiqu Mine

ZHANG Chongzhi1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Xiqu Mine,Xishan Coal&Electricity Group,Taiyuan 030024,China)

Because of poor dust suppression effect in fully-mechanized mining face,real-time monitoring of dust concentration and effective dust suppression cannot be realized on-site.The paper proposes an on-line monitoring and automatic dust suppression device,ZP-127,to automatically study the dust concentration on-site and to conduct some measures as automatic spray and aspirating after the dust concentration exceeds the limit.The system was used in No.18502 fully-mechanized mining face in Xiqu mine,which achieved obvious dust suppression effect,reduced the dust concentration,and improved the working environment.

dust;on-line monitoring;dust suppression device;dust suppression effect

TD741

A

1672-5050（2015）01-0019-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.007

編輯：薄小玲

2014-10-23

張崇智（1969-），男，山西神池人，大學(xué)本科，在讀工程碩士研究生，工程師，從事礦井通風(fēng)及安全管理工作。