矿用自动感应式除尘装置开发及应用

张文浩

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山木瓜煤矿，山西 吕梁 033102）

随着煤矿设备机械化、智能化水平的提高，煤矿生产效率大大提升，同时煤矿粉尘产生量也愈发严重，若不及时进行除尘，会给煤矿安全生产带来重大安全隐患[1-2]。 目前井下主要大巷及工作面顺槽使用的防尘方式普遍为手动式净化水幕及防尘网，此方式在有人或设备通过时，需要手动打开/关闭净化水幕及防尘网，在实际生产中因操作比较麻烦或人工的疏忽，往往导致净化水幕及防尘网无法及时打开，起不到有效防尘的作用，也不便于井下现场的使用[3-6]。 开发一种采用除尘与净化水幕相结合，在有人通过时能够自动打开或关闭除尘机构的矿用自动感应式除尘装置具有重要意义。

1 矿用自动感应式除尘装置

1.1 结构组成

针对现有矿用巷道除尘设备现场使用与管理方面存在的缺陷，开发了一种矿用自动感应式除尘装置，结构如图1 所示。 该装置包括位于煤矿巷道断面顶部的喷雾支架，喷雾支架底部横向平行套设的水管及用于卷起或放下捕尘网的传动轴等部件构成。 水管及传动轴上连接有自动感应开闭机构，自动感应开闭机构有设在喷雾支架处巷道两侧的红外传感器、 设在喷雾支架任意一端的矿用隔爆兼本安型自动洒水降尘机及矿用隔爆电控式气动马达组成。 红外传感器通过矿用隔爆兼本安型自动洒水降尘机及矿用隔爆电控式气动马达与红外传感器线路连接，两端分别连接有水管。 矿用隔爆电控式气动马达一端与传动轴的端部连接，另一端连接有气管，水管的底部均匀设有喷头，传动轴上连接有捕尘网。

图1 矿用自动感应式除尘装置

矿用隔爆兼本安型自动洒水降尘机及矿用隔爆电控式气动马达平行固定在喷雾支架任意一侧的安装盒内，水管及传动轴穿过安装盒与喷雾支架接触侧后平行固定在喷雾支架上。 传动轴与喷雾支架连接时可通过轴承座进行固定。

喷雾支架安装于固定在巷道顶部的与巷道宽度匹配的角钢上，角钢两侧设有铁皮。 铁皮厚度为2 mm；角钢宽度为30 mm。 水管上均匀设有三通管，三通管的底部螺纹连接有铜喷头。 传动轴上横向设有固定捕尘网顶部的凹槽，捕尘网的顶部固定在传动轴上。

1.2 使用原理

矿用自动感应式除尘装置配备有两个红外线传感器。 在无人员设备通过时，捕尘网覆盖巷道全断面，喷雾保持常开状态，能有效减少回风巷粉尘；当有人员设备通过时，红外线传感器接收信号，信号发送至自动洒水降尘主机与电控式气动马达，控制喷雾关闭及气动马达开启，转动传动轴，自动卷起捕尘网，人员通过后，红外线传感器接收信号，信号发送至自动洒水降尘主机与电控式气动马达，控制喷雾开启及气动马达开启，转动传动轴，自动放下捕尘网。

矿用隔爆兼本安型自动洒水降尘机型号为ZP127-Z，已取得“MA”标志。矿用隔爆电控式气动马达为2AM-V-0.68KW 型，红外传感器为GWD42 型。 ZP127-Z 矿用隔爆兼本安型自动洒水降尘机在主控箱内部设有多路信号处理电路、主控芯片、两个继电器、气路电动球阀和水路电动球阀,在主控箱的顶面上镶嵌有触摸屏,主控芯片分别与两个继电器、 触摸屏、 多路信号处理电路连接, 两个继电器分别连接气路电动球阀和水路电动球阀,主控芯片还外接有电源,在主控箱外侧还设有多个传感器、气源管道和水源管道,多个传感器分别连接多个信号处理电路, 气路电动球阀的两端连接气源管道, 水路电动球阀的两端连接水源管道, 气源管道和水源管道的出口分别连接风水喷雾架。

2 应用

2.1 矿井概况

木瓜井田位于山西省吕梁市方山县大武镇木瓜村一带，地处河东煤田离石详查区，行政区划隶属方山县管辖。

矿区对外主要交通道路为209 国道。 矿井工业广场距209 国道约5 km，有简易公路相连通。矿区向东约5 km 为方山大武镇，方山大武镇为矿区主要交通枢纽，自大武镇经209 国道向南20 km和26 km 即抵吕梁市区和孝柳铁路交口车站；向北25 km 可达方山县城，交通运输条件较为便利。

2.2 煤层赋存情况

井田内赋存含煤地层为山西组、太原组，总厚度159.07 m，含煤达15 层。 井田内可采煤层共6层，分别为2、3、4、4下、9、10（9+10）号煤层。目前正在回采10（9+10）号煤层。

10（9+10）号煤层位于太原组下部，上距9 号煤层0～25.10 m，平均6.40 m。 厚1.20～6.52 m，平均3.27 m，含夹矸0～3 层，结构简单～较简单。 在扩区东南部及西南部8、9、10 号煤合并为一层，合并厚度3.30～6.52 m。 属全区可采的稳定煤层。 顶板岩性为泥岩、石灰岩（L1）、炭质泥岩或粗粒砂岩，局部在石灰岩之下发育—薄层泥岩伪顶，底板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩。

煤层挥发分Vad17.64%，Vdaf24.78%，火焰长度300 mm 抑制煤尘爆炸最低岩粉量60%，有煤尘爆炸性，自燃倾向性为自燃，自燃倾向性等级为Ⅱ类。

2.3 矿井综合防尘情况

矿井有完善的综合防尘系统，地面有一座200 m3和一座400 m3的高山水池，并有两座500 m3的矿井水处理站水池备用，矿井主洒水系统主斜井采用6 寸洒水管路，采区主要巷道及采掘工作面使用4 寸洒水管路，其它巷道采用2 寸洒水管路，要求洒水管路每50 m 设置一个三通，200 m 设置一个阀门，方便巷道冲洗。

矿井洒水系统使用水源井水，水量50 m/h 满足要求，水质符合生活用水标准。 在采区大巷口全部安设了净化水幕，回采工作面正副巷各安设两道净化水幕，回采工作面使用机组加压泵，并实现泵机连锁,采煤机内外喷雾压力符合要求。 综掘工作面安设两道净化水幕，综掘机实现泵机连锁,综掘机内外喷雾压力均符合要求，各转载点喷雾全部符合要求。

回采工作面严格按照要求进行煤体注水，注水孔深不小于工作面长度的2/3，同时注5 个眼，孔距为20 m，采用静压注水，注水压力为2.5 MPa，确保回采工作面防尘效果。

井下采掘工作面、液压支架产尘源、煤仓溜煤眼和转载机等转载点上设置喷雾防尘装置；采煤工作面回风巷、 掘进工作面以及易产生煤尘的巷道设置风流净化水幕；回采工作面实施煤体注水（钻机型号：ZQJ-460/6.0S），综掘机使用除尘风机（KCS-225LZ），采 掘 机 组 使 用 喷 雾 加 压 泵（BPW37/20J）；采掘工作面、采区系统巷道及主要进回风巷安设隔爆设施。

井下所用净化水幕均为人工控制，人员或设备通过时，需要手动打开/ 关闭净化水幕及防尘网，在实际生产中因操作比较麻烦或人工的疏忽，往往导致净化水幕及防尘网无法及时打开，起不到有效防尘的作用，使用效果不佳。

2.4 应用效果

矿用自动感应式除尘装置在木瓜煤矿采区、矿井回风巷及采煤工作面回风顺槽、 掘进工作面回风侧等多个地点进行了现场应用。

通过控制装置上的控制面板，可按24 小时时间制式任意设定每天定时喷雾的次数及喷雾持续时间，设置的参数通过装置上的显示屏显示。 如设定每天洒水10 次，1 次洒水开始时刻为8:00，如需洒水5 分钟，则1 次洒水结束时刻设定在8:05；第2 次洒水开始时刻为10:20，如需洒水30 分钟，则2 次洒水结束时刻设定在10:50；依次类推。

定时喷雾过程中或即将喷雾时，如遇人员通过喷雾点，在光控传感器作用下，控制装置自动暂停喷雾或延迟喷雾，暂停(或延时)时间可调，并自动提升防尘帘，人员通过后恢复喷雾或开始喷雾。

降尘装置定时时钟电路采用电池供电 （电池补偿时间≥1年），井下停电对装置设定没有影响，恢复供电后，装置按原来设定的参数进行工作。

采用人为设定定时喷雾，提高了洒水降尘设施的利用效率，避免了巷道积水，井下巷道环境条件。

为了测试矿用自动感应式除尘装置应用前后的除尘效果，在10-2061 综掘工作面回风巷安设了该除尘装置，使用前后粉尘浓度测试数据对比分析如表1 所示，粉尘测点包括转载机尾、伸缩皮带机下风侧、 距掘进头100 m 处及距掘进头200 m共4 处。

从表1 可以看出，矿用自动感应式除尘装置对全尘的降尘效率均超过了85%，最大为86%，对呼吸性粉尘的降尘效率均超过80.4%，最大为82.8%，说明除尘装置对呼吸性粉尘和全尘均具有很高的除尘率。 应用结果表明，矿用自动感应式除尘装置利用红外线感应装置自动控制除尘帘及净化水幕的升降，减少了人员及设备通过时的不便，提高了井下自动化、智能化除尘水平；除尘风帘与净化水幕的结合，能够更有效去除回风巷内的煤尘，减少回风巷粉尘浓度，解决了粉尘带来的安全隐患，更有利于职工身心健康。矿用自动感应式除尘装置简单、实用，降尘、除尘效果好，具有推广应用价值。

表1 除尘装置使用前后粉尘浓度测定结果对比

3 结语

针对现有除尘装置的缺陷与不足，通过技术革新，开发了一种矿用自动感应式除尘装置。 该装置利用红外线感应装置自动控制除尘帘及净化水幕的升降，减少人员及设备通过巷道除尘处时的不便，提高了除尘自动化、智能化水平，且简单、实用，降尘、除尘效果好，具有推广应用价值。

该设备2020年9月4日获得国家知识产权局专利授权。 应用表明，该设备不仅可用于煤矿运输大巷、井底车场、煤仓、运输机、采掘工作面等处的喷雾降尘，还可应用于金属矿山、采矿厂、岩石隧道工程、水泥厂等需要降尘的工厂、矿山和工程作业现场。