秦国乐

（大同煤矿集团永定庄煤业有限责任公司，山西 大同 037024）

引言

煤矿开采中煤炭粉尘不仅对作业人员的生命健康造成威胁，还对矿井内的各种机械设备、精密仪器的寿命产生影响[1]。当煤矿粉尘附着到机械设备上，不仅容易降低机械设备的工作效率，还会引发安全事故。目前煤矿企业的粉尘治理综合设施主要以喷雾降尘为主，在实际应用过程中，更多是依靠人工操作的方式进行，容易受到人为因素的干扰而引发相应的安全隐患。因此，应将人工方式变更为自动方式，以提高喷雾降尘作用的效果。通过对自动喷雾降尘装置的调研发现，ZP-I型自动喷雾降尘装置为矿用隔爆兼具本质安全型设备，具有定时喷洒、延时调节等自动化功能[2]。此外，还可对环境的参数变化进行自身系统的数据修正，适用于现代化煤矿开采工作面的使用环境。选取某矿井34177 工作面作为试验场地，将ZP-I型自动喷雾降尘装置在实际工程中进行应用，试验结果得到了良好的试验数据，提升了矿井工作面粉尘防治工作的有效性。

1 ZP-I型自动喷雾降尘装置的工作原理

ZP-I型自动喷雾降尘装置采用目前先进的矿井喷雾降尘技术，除了包含常规性的喷雾降尘功能零部件以外，还加入了主动吸尘、主动吸收有害气体的模块。该装置主要由电子控制箱、本质安全型电磁阀、光灵敏度传感器、二次负压降尘装置、I/O 高清晰管线等零部件组成[3]。为了实现喷雾联动功能，通常会在矿井工作面的采煤机器附近布置多个喷雾降尘作用点。同时，在每一个降层作用点的附近都配套安装粉尘浓度的光灵敏传感器，可根据粉尘浓度的数据变化，对发射器实现光敏控制。

当某个传感器采集到粉尘浓度数据后，将通过I/O 管线传输信号至电子控制箱，同时将收到的信号集中与主控箱进行处理，并且发出命令开启对应编号的电磁阀，实现喷雾作业[4]。与之相反，传感器处于信号空档期时，将延迟喷雾作业的动作，并且按照设定的延时时间与其他的传感器周围喷头的喷雾作业时间相错开。在自动喷雾降尘装置的电控箱内，通过初始参数设计可实现立体水幕的效果。ZP-I型自动喷雾降尘装置的工作原理如图1 所示。

图1 ZP-I型自动喷雾降尘装置的工作原理示意图

2 ZP-I型自动喷雾降尘装置的参数和技术特点

2.1 工作参数

ZP-I型自动喷雾降尘装置已经在某矿井工作面成功地进行了运行试验，主要的运行参数为主控箱的工作电压为220 V；电压变化范围对应工作电压数值上限120%和下限80%；电磁阀的水压设定为0.2～0.7 MPa；喷雾射出水雾的长度应大于5 m；水雾粒度应保持在0.006～0.16 mm之间；喷雾的动作响应控制时间的误差应在2 s 之内；噪音不得大于85 dB[5]。

2.2 技术特点

主控箱内部控制线路采用的是MSC51 电脑芯片，放弃原来以PLC 为核心处理器的计算方式。通过该类芯片的安装，可直接通过红外遥控器进行远程自动调校。主控箱的控制信号是高电平，此时的电磁阀为关闭状态。在实现数据传输时，是由高电平转换为低电平，开启线路中的电磁阀[6]。因此，在信号转换过程中实现了电路双通道的控制，避免了高、低电平的相互干扰。

除了上述技术特点外，ZP-I型自动喷雾降尘装置全程采用微电脑程序化控制，通过与后台的显示器连接，可实时对降尘装置的运行状态和参数进行查看。电磁阀都配备有自动保护的自锁功能，当输入信号异常或超过某个限值时，它将实现自动关闭，实现本质安全的功能。该类型的喷雾降尘装置还具备预设功能，可实现在某个时间节点之间的自动喷雾。

3 自动喷雾降尘作业的布置

结合自动喷雾降尘装置的工作原理，以及现场实际工程作业情况。在某段矿井工作面内，一共布置9 个喷雾降尘作业点。根据开采作业的工作强度、作业位置的间距、工序安排计划等因素，综合考虑9 个喷雾降尘点的位置。在每个喷雾降尘点的位置安装传感器，每个喷嘴的方向为45°，设置喷头的喷出水压为6～7 MPa。同时，做好自动喷雾降尘装置的电气保障，在工作面接入集成开关，设置电压应不小于127 V。使得127 V的电缆能够直接为主控箱进行供电，并且配合高压水泵的使用，在采煤机的顶梁前端对喷嘴进行布置，直接向滚筒部位进行降尘处理。在采煤机的后端布置电磁阀、控制箱和接收器，整体布置示意图，如图2 所示。

图2 ZP-I型自动喷雾降尘装置布置示意图

4 应用效果分析

将ZP-I型自动喷雾降尘装置应用于某矿井34177 工作面中，与其他防尘装置形成了综合防尘体系，提高应对煤炭粉尘浓度升高的处置力度，尤其是对采煤机粉尘产生源头进行根源性控制的效果更优。对布置后的矿井工作面进行实地观察后发现，采煤机行走至喷雾降尘点后，支架上光控接收传感器接收信号后，电磁阀动作，喷雾自动开启，喷雾呈扇形状，雾化效果较好；采煤机负压降尘器喷出的雾状水流范围可达2.5～3.5 m，能够将滚筒截齿作业区域的粉尘包裹。为了进一步掌握自动喷雾降尘装置应用前后降尘效果，进行了为期2 个月的工作面粉尘在线监测。监测结果显示：应用自动喷雾装置后，各测点全尘降尘率为74.1%～91.7%，呼吸性粉尘降尘率为80.3%～92.7%，降尘效果明显，尤其是滚筒截割落煤点及其附近的采煤机司机处全尘和呼吸性粉尘降尘率均超过90%。由此可以看出，采煤机周围的粉尘浓度得到有效控制后，整个矿井工作面的粉尘浓度也得到降低，满足国家相关的技术标准。分别对落煤点、移架处、上风口等位置的粉尘浓度进行对比，数据结果满足预期分析，各处关键作业点的粉尘浓度都将会随着采煤机周边粉尘浓度的下降而下降，试验结果证明了ZP-I型自动喷雾降尘装置的应用能够对矿井工作面的粉尘危害防治方面起到重要作用。

5 结论

1）确定单个工作面内布置9 个喷雾降尘点最为合理；

2）将喷嘴的方向应布置为45°，将喷出水压设置为6～7 MPa，可以达到各测点全尘降尘率为74.1%～91.7%、呼吸性粉尘降尘率为80.3%～92.7%的效果，符合工程预期。