煤矿各种类型喷雾应用及特点

2012-03-01侯玉亭宋兆雪刘建忠刘会奇

科技视界 2012年15期

侯玉亭宋兆雪刘建忠刘会奇

（1.兖矿集团南屯煤矿山东邹城 273500；2.兖矿集团通防部山东邹城 273500；3.河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作 454003）

兖矿集团南屯煤矿属于低瓦斯矿井，主要采用中央并列兼一翼对角式通风，由于矿井开采年限较长，采场范围大，矿井通风路线较长，粉尘危害是矿井多年来安全生产的突出问题，也是影响矿井安全生产的重大隐患。喷雾装置在降尘、净化空气的同时，还能吸收一定的有毒有害气体，降低瓦斯浓度，改善和治理粉尘作业环境，是有效防止粉尘危害的常规设备和重要设施。为降低作业场所粉尘浓度，改善作业环境，提高劳动效率，南屯煤矿通过引进新技术、新产品和发明创造，并根据现场实际应用情况，逐步改进，最终使各种类型的喷雾装置都能够很好的应用到现场实际，最大化其优点，最小化其缺点，得到了良好的效果，取得了一些宝贵的经验，有效的遏制了粉尘危害，保障了职工身体健康。

1 大巷喷雾

图1 大巷多功能自动喷雾安装示意图

1.1 大巷多功能自动喷雾装置

南屯煤矿原使用的大巷喷雾是一种机电一体式巷道专用喷雾装置，由PLC编程控制主控箱及电动球阀和红外线传感器组成。大巷多功能自动喷雾安装示意图见图1，该喷雾是设计为常喷，根据巷道尺寸做一合适水幕，水幕用高压水管与本装置的出水口连接，进水口连接主水管道；传感器安装在巷道侧壁或顶壁，根据风向、风速等条件确定传感器与主控箱的距离长短；水幕覆盖巷道全断面，当来人来车时，红外传感器发出的信号输入主控板，主控板驱动使电动阀门关闭，人车过后经一定延时后，又重新开启继续喷雾。

通过使用发现该喷雾装置存在以下问题：大巷过人过车频繁，电磁阀门开关次数多，造成电动磁阀容易损坏失灵；喷雾覆盖范围小等。为解决此问题，我们进行改进创新，研制了大巷长距离全断面定时喷雾。

1.2 大巷长距离全断面定时喷雾

大巷长距离全断面定时喷雾技术供水管路采用6分钢管制作，全长180米，每20米设一组喷雾，每组喷雾安装两个不同型号的喷头，相互成角度，分别朝向顶、底板，成雾交叉，且喷头雾化效果可以调节，多组喷雾间相互联接，形成连贯雾；水幕开关由电磁阀控制，通过提前预设好其开关时间，来控制水幕的开关，真正意义上实现水幕开关自动化。

该喷雾装置主要应用于井下大巷进风流中，可实现大巷180米范围内多组喷头一起喷雾，形成连贯雾，大大降低大巷内的粉尘浓度，净化大巷空气质量，另其定时自动喷雾设计，可避开大巷内电机车行驶高峰期或其他特殊时期，减少工作冲突，整个过程实现了无人操作，在保证工作效率的同时，减少了现场不安全因素，提高了矿井综合防尘自动化和现场的安全程度。

2 掘进工作面放炮喷雾

由于煤矿井下的特殊的作业环境，特别是掘进工作面耙装喷浆将造成大量的煤尘、岩尘飞扬，这就需要我们在放炮的同时进行喷雾降尘。南屯煤矿现使用的放炮喷雾装置有两种，一种是南屯煤矿引进使用的电磁式自动喷雾装置，另一种是南屯煤矿自行研制的机械式自动喷雾装置。

2.1 电磁式自动喷雾装置

电磁式自动喷雾装置利用电磁阀开关速度快，可靠耐用等特点，和开停传感器及主控主板来达到喷雾降尘的目的，本装置安装使用比较简单，只要主控主板接入127V电源，开停传感器卡在耙装机或喷浆机开关负荷侧的电缆上即可，当开关工作后，负荷侧有电流通过，开停传感器便有信号传入，主控主板电磁阀便能打开，喷雾洒水降尘，开关停止工作后，电磁阀关闭，喷雾停止。

在使用过程中我们发现该装置电动磁阀所需水压为1.5MPa，而井下水压一般在4~6 MPa，又因该装置主控主板质量较差，往往在井下使用一周时间就会出现主板故障或电磁球阀坏等故障，无法正常工作。为此我们电磁阀前设计安装了压力流量计，并设定其最大通过水压，彻底解决了这一问题。

2.2 机械式自动喷雾装置

机械式自动喷雾装置应用与炮掘工作面，不需外接电源，由进水阀门喷雾时间调整阀门等组成，当迎头放炮时震动冲击波冲击机械放炮喷雾装置控制板，进水阀门打开，开始喷雾同时水源又给进水延时水箱灌水，由于延时水箱与所配坠铁比比重偏移，延时水箱反转拉动进水阀门关闭，喷雾停止。延时水箱有进水调整阀门，调节此阀门可调整喷雾时间。

2.3 风动式自动喷雾装置

风动式自动喷雾装置由降尘控制器（控制器、反风板、启动阀、快速连接器四位一体构成）、全断面水幕等组成，是南屯煤矿自行研制设计的喷雾装置，目前正在推广应用中。

该装置使用于爆破作业过程中巷道全部停电状态下的自动降尘，利用井下现有高压风作为动力源，逻辑阀控制气缸，当放炮时，冲击波带动反风板，反风板开启逻辑阀工作带动气缸，气缸带动风水阀门，高压风冲散炮烟，水幕降尘。安装简单方便、故障率低，比单一用水幕降尘、吹散炮烟快效果好。

3 薄煤层机械化掘进巷道喷雾降尘综合应用技术

南屯煤矿薄煤层机械化掘进工作面为半煤岩工作面，使用掘进机割落煤岩，将会产生大量的粉尘，现有降尘措施效果不理想。掘进机司机点处测定截割时粉尘浓度达到899.7 mg/m3。大量的粉尘严重危害职工身心健康，根据现场实际我们通过实践创新出一套喷雾降尘综合应用技术。

图2 掘进机气幕装置示意图

3.1 掘进机气幕装置

掘进机气幕由设置在司机前方围绕掘进机机身的空气风幕发生管、消声整流器等组成，其示意图见图2。采用胶管将煤矿井下压缩空气经截止阀连接至空气幕发生管，截割时打开截止阀，压缩空气经气孔喷出，在司机前方形成一道气幕（或叫风帘）屏障，把截割区域和人员作业区域隔开，截割产生的粉尘由布置在气幕中的二次负压降尘装置和抽出式风机吸风口抽出歼灭。

3.2 负压二次降尘装置

负压二次降尘装置是在原掘进机3组外喷雾的基础上，通过替换截割头两侧喷雾组，由高压胶管直接将高压水送至喷嘴，在喷雾时，喷射口形成负压，煤尘进入射筒形成二次降尘。喷雾时的高压水，形成60°~80°的扇角覆盖在截割头外围，一方面挡住煤尘逃逸的路径，二是增大了装置的负压范围，三是提高降尘效率减少防尘水使用量。

3.3 防尘供水加压泵

由于小槽煤掘进机喷雾用水与机体冷却水系统相连，掘进机冷却水基本上是开口系统，分支压力小使外喷雾水量水压均达不到喷雾降尘的要求，不能有效地控制粉尘的扩散。因此，有必要增加防尘供水加压泵和管路，使喷雾供水压力达到6~7MPa，保障负压二次降尘及外喷雾的降尘效果。

3.4 结合截割时的产尘特点，选择合理的前抽后压局部通风参数

前抽后压局部通风方式必须确定合理抽、压风筒口位置以保证抽风口吸尘量最大，压入式风筒口位置距离工作面太近，高速射流冲击作用使粉尘向外流动，污染范围大，不利于粉尘排除。合理的抽、压风筒口位置设定，在抽、压风筒口之间的巷道中形成一个压吸风流共同作用的风流屏障。该屏障内风流属稳定流动且具有一定速度，既能排出工作面粉尘，又不至于使大量粉尘向抽出风筒口后的巷道扩散流动。

图3 附壁风筒螺旋状出风状态示意图

3.5 强化通风除尘效果

使用附壁风筒技术，出风原理图见图3，附壁风筒是一种利用气流的附壁效应，在割煤开始时，将附壁风筒内的挡板立起，使原压人式风筒供给机掘工作面的轴向风流改变为沿巷道壁的旋转风流，并以一定的旋转速度吹向巷道的周壁及整个巷道断面，并不断向机掘工作面推进，在除尘器吸入含尘气流产生轴向速度的共同作用下，便形成具有较高功能的螺旋线状气流，在掘进机司机的前方建立起阻挡粉尘向外扩散的空气屏幕，封锁住掘进机工作时产生的粉尘，使之经过抽出风筒抽出进行净化而不外流，从而提高了机掘工作面的收尘效率，当不割煤而进行打锚杆等其它作业时，将附壁风筒内的挡板扳下，使新鲜风流直接进人工作面，恢复到正常通风。

南屯煤矿薄煤层机械化掘进工作面巷道通过应用以上喷雾降尘综合技术，使粉尘浓度降至200 mg/m3，有效地改善了作业环境。

4 转载点煤炭水份探测及喷雾装置

图4 转载点喷雾示意图

南屯煤矿以前主要应用转载点自动喷雾技术对转载点煤炭进行洒水喷雾降尘，可达到降尘作用，但该项技术不能根据煤炭实际含水量自动控制煤炭湿度，只能对转载处的煤炭进行不间断喷雾，虽然起到降尘作用但也影响了煤质，造成经济损失，为此我们设计了转载点煤炭水份探测及喷雾装置，工作示意图见图4。

当煤炭通过转载机时，煤炭水份探测仪对煤炭水份进行探测，并将探测结果传输给主机，当探测出的煤炭水份低于煤炭标准含水量时，则主机传出喷雾信号给电磁阀，电磁阀接到信号后打开喷雾装置进行喷雾；当探测出的煤炭水份等于或高于煤炭标准含水量时，主机将不发出喷雾信号，喷雾装置处于停喷状态。转载点煤炭水份探测及喷雾技术可根据运输皮带上煤炭湿度选择性进行喷雾，达到对煤炭洒水预湿、喷雾降尘的效果，且不影响煤质。

转载点煤炭水份探测及喷雾装置的创新点主要有以下四个方面：1）采用开机震动传感器，无需电气连接，可直接吸附固定在综掘机外壳，准确检测综掘机运行状态；2）采用触控式水压传感器，准确监测掘进工作面防尘供水是否正常，有效克服了过去采用电极式传感器检测不稳定、故障率高的缺点，极大地提高了设备运行的可靠性；3）采用缺水指示灯指示工作面供水状态，正确指示设备关闭综掘机运行的原因及当前防尘供水状态；4）采用开闭性能可靠、流量大的电磁控制阀控制喷雾开闭，避免过去因使用普通电磁阀所造成喷头雾化效果差的缺点，进一步提高了工作面雾化除尘效果。