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礦井粉塵監(jiān)控和高效治理技術的研究與應用

文檔作者：趙彤宇劉生玉王凱文檔來源： 1．鄭州光力科技發(fā)展有限公司 2．雙鴨山礦業(yè)集團公司通風管理部，		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年10月18日
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第15卷第5期(總第96期)
2010年10月
煤 礦 開 采
Coal mining Technology
Vo1．15No．5 (Series No．96)
0ctober 2010
礦井粉塵監(jiān)控和高效治理技術的研究與應用
趙彤宇 ，劉生玉。，王 凱
(1．鄭州光力科技發(fā)展有限公司，河南鄭州450001；2．雙鴨山礦業(yè)集團公司通風管理部，黑龍江雙鴨山155100)
[摘要] 介紹了一種新型礦井粉塵監(jiān)測和高效治理技術，實現(xiàn)了礦井粉塵濃度的在線連續(xù)監(jiān)
測與控制，可將檢測點的粉塵濃度實時傳送至井上控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能化煤礦粉塵治理，在粉塵濃
度超過設定的標準時，采煤機、掘進機X-作等狀況下，可自動進行高壓噴霧降塵，相比傳統(tǒng)技術，除
塵效率提高了80％ 以上。
[關鍵詞] 礦井粉塵；在線監(jiān)控；高噴霧降塵；粉塵濃度傳感器
[中圖分類號]TD714．4 [文獻標識碼]B [文章編號]1006-6225 (2010)05-0098-03
Research and Application of Mine Dust Monitoring and Hi -efi ciency Prevention Technology
長期以來，粉塵治理始終是礦井安全生產(chǎn)的難
題之一。隨著現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)率的提高，粉塵問題
也越來越嚴重，大量粉塵沉積于井巷四壁，或懸浮
于井巷空間，具有很大危害性，煤礦工人長期吸
人，輕者會患呼吸道疾病，重者會患矽肺病。煤塵
還具有爆炸性，給煤礦安全生產(chǎn)帶來很大的威脅。
煤塵濃度較高時會降低作業(yè)場所的能見度，導致誤
操作，增加工傷事故的發(fā)生。另外，還會加速機械
的磨損，縮短精密儀器、儀表的壽命。因此，世界
各國紛紛制定嚴格的粉塵濃度標準，以此維護工人
身心健康和礦井安全。機械化采煤工作是采礦最大
粉塵來源之一，保護工人健康，維護環(huán)境的重要性
是僅次于瓦斯治理的一項工作?；谝陨显?，本
公司進行了大量市場調研和科技、經(jīng)濟力量投入，
具有針對性解決采煤降塵治理工作。
1 高壓霧化除塵機理
煤礦井下主要的污染來自煤塵的污染。由于礦
井采煤、掘進、運輸?shù)戎饕h(huán)節(jié)都會引起煤塵污
染，并且井下通風條件比較差，工作空間比較小，
所以井下局部地區(qū)空氣中煤塵濃度會很高。
高壓噴霧降塵裝置的降塵機理是霧滴對粉塵碰
撞、攔截和捕獲，使霧滴與塵粒凝聚，密度增加而
加快沉降。高壓水霧速度高，噴嘴出口處的水霧速
度達20～30m／s，有效與粉塵顆粒碰撞，凝固；水
霧顆粒小，大部分水霧顆?？刂圃?0lxm左右，最
小為20～301xm，最大為100～150txm，小水霧容
易沉降對人體危害嚴重的呼吸性粉塵；水霧的分散
性好、覆蓋面大，有利于提高粉塵與水霧的碰撞幾
率；水霧的電離子數(shù)量明顯增加，其與粉塵顆粒的
電荷產(chǎn)生相應的電荷效應，增強了粉塵顆粒的吸附
性能而凝固沉降。
2 煤礦粉塵監(jiān)控和治理裝置的工作原理
該裝置由粉塵濃度傳感器、井下分站、主控制
器、電磁啟動器、隔爆高壓水泵、過濾器、高低水
位自動控制器、高壓膠管和霧化噴頭等組成，如圖
1所示。
— — —— — 、， — — —_ _／ —
放置于設備列車上放置于采煤機
電纜槽內
安裝在采煤機E
圖1 粉塵治理裝置總體結構
該裝置通過粉塵濃度、光控、觸控、聲控、開
停等傳感器向主控制器發(fā)出信號，控制高壓泵的噴
霧和停止，實現(xiàn)了煤礦粉塵濃度的在線連續(xù)監(jiān)測與
控制、與采煤機或掘進機的聯(lián)動降塵和保護通過人
員的功能。當作業(yè)場所粉塵濃度超過設定標準值
時，通過粉塵傳感器向主控制器發(fā)出信號，控制降
塵裝置的噴霧，實現(xiàn)了粉塵濃度的在線連續(xù)定量監(jiān)
測與控制。當采煤機或掘進機工作時，開停傳感器
向主控制器發(fā)出信號，控制降塵裝置的噴霧，實現(xiàn)
[收稿日期]2010—04—09
[作者簡介]趙彤宇(1967一)，男，河南平頂山人，碩士，高級工程師，鄭州光力科技發(fā)展有限公司董事長，從事經(jīng)營管理和技術開發(fā)。
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趙彤宇等：礦井粉塵監(jiān)控和高效治理技術的研究與應用 2010年第5期
了噴霧裝置與采煤機或掘進機的聯(lián)動。當噴霧區(qū)域
有人經(jīng)過時，光控傳感器向主控制器發(fā)出信號，控
制降塵裝置停止噴霧；當工作人員離開噴霧區(qū)域
時，如果此時粉塵仍然超標或采煤機掘進機仍在工
作，則可繼續(xù)啟動噴霧裝置。
3 裝置的安裝與使用
粉塵濃度傳感器是該裝置的重要組成部件，
CGCIO00粉塵濃度傳感器是利用p粒子三極電離
測塵技術研發(fā)出的最新一代可在線連續(xù)監(jiān)測粉塵濃
度的傳感器，該測塵技術已獲發(fā)明專利。測量出的
粉塵濃度值不受粉塵顆粒的物理化學性質影響，不
受被測氣體流速、溫度影響，可長期不間斷進行粉
塵監(jiān)測，測量準確性高，長期穩(wěn)定性好，維護工作
量小。
傳感器的測量范圍0．01～1000mg／m ，在量程
范圍內可任意設定標準值。只要粉塵濃度達到設定
值就會輸出控制信號。根據(jù)井下不同的地點對粉塵
濃度要求不同，可以設定不同的標準值。因此，該
裝置適用于井下各處產(chǎn)塵點自動控制灑水降塵。
該裝置可以設置在采煤機上(見圖2)，對滾
筒采煤時產(chǎn)生的粉塵及時治理。對采煤機自動檢
測，實時感應采煤機工作狀況，自動加壓，通過管
路輸送到設置在采煤機上的噴頭，合理均布分散水
霧，使噴霧壓力達到8—12．5MPa，流量達到4O一
80lMmin，有效射程≥6m，流速3～8m／s。既克服
了噴霧壓力、流量不足問題，又同采煤機冷卻電機
水路分離，通過設置在采煤機上的專用噴頭，具有
針對性地對產(chǎn)塵區(qū)域包裹噴霧。采煤機工作時，在
距滾筒下風向10m左右粉塵濃度小于200rag／m ，
降塵效果(試驗前后、狽0試對比結果) ≥80％ ，能
見度50m 以上。該裝置電壓適用范圍為36V，
127V，380／660V，660／1140V等；傳感器可以通
過感應電流、粉塵濃度、觸控、光控、遙控、開關
等形式控制設備開停。當主機接收到傳感器的信號
后，發(fā)出控制信號到控制器、電動閥，控制器啟動
電機電源閉合，電動閥控制水箱水量，反之水箱通
過水位變化反應控制電動閥關閉， 同時加壓泵啟
動，管路升壓，噴頭可以設置多個不同型號噴嘴，
調節(jié)噴霧效果。
該裝置也可以設置在掘進機上(見圖3)，使
掘進過程中產(chǎn)生的粉塵進行沉降。對掘進機自動檢
測，實時感應掘進機工作狀況，自動加壓，經(jīng)過管
路輸送到設置在掘進機上的噴頭，即克服了噴霧壓
力、流量不足問題，同掘進機水路分離，通過噴頭
圖2 采煤工作面自動高壓噴霧降塵裝置系統(tǒng)
具有針對性地對截齒圓周包裹噴霧降塵。掘進機工
作時，在司機處粉塵濃度小于200mg／m ，降塵效
果(試驗前后測試對比結果)>180％ 。
圖3 掘進工作面自動高壓噴霧降塵裝置系統(tǒng)
另外在巷道，尤其是采煤工作面的回風巷道
口，粉塵濃度都比較高，設置該裝置后，回風巷粉
塵濃度可以大大下降。其他如煤倉裝煤口、卸載
口、轉載口等產(chǎn)塵點都可采用。
4 煤礦現(xiàn)場試用情況
在雙鴨山煤業(yè)集團新安礦井下一500m的采煤
工作面和一350rn的掘進工作面進行試用，工作面
的環(huán)境參數(shù)為：凈斷面11．5m ；采用壓入式局部
通風，回風400～600m ／min；利用現(xiàn)有礦井安全
監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸線路，經(jīng)過3個月的現(xiàn)場使用，效
果明顯，達到了預期目的。
(1)實現(xiàn)了監(jiān)測地點粉塵濃度實時傳輸?shù)降?
面中心站，可隨時掌握監(jiān)測地點粉塵濃度變化。
(2)粉塵濃度達到設定數(shù)值時，實現(xiàn)自動噴
霧降塵。
(3)粉塵濃度達到設定值時，自動切斷被控
設備電源，地面中心站通過斷電控制器可以監(jiān)測供
電狀態(tài)。
(4)通過現(xiàn)場測定，監(jiān)測地點粉塵濃度達到
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總第96期 煤 礦 開 采 2010年第5期
或超過規(guī)定限值(5／30)的時間大幅度縮短，次
數(shù)減少，持續(xù)時間短。
測塵位置為綜采機和掘進機司機位，分別為7
次。項目實施前后粉塵濃度實測結果如表1和表2。
從表1、表2測量數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：本項目實施
前，由于綜采機、綜掘機除塵效果不好，不同時間
表1 項目實施前粉塵濃度 mg／m
段的產(chǎn)塵變化很大，沒有規(guī)律；項目實施后，除塵
效果顯著，不同時問段在司機位測塵，無論是全塵
濃度還是呼塵濃度顯著下降，測量值差距不大。
從表1，表2可以看出，項目實施后，綜采司
機位全塵及呼吸性粉塵平均濃度分別下降81．7％
及85。l％ ；掘進機司機位分別下降83．9％ 及
80．9％
5 結論
從試驗現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)可以看出，高效噴霧降塵
-- +-
(上接27頁)
機巷，繼續(xù)搭接在轉載機上。由于機頭上竄，在機
巷轉折處向工作面內進行適當擴幫，將40~2kW刮
板機向上靠，沒有影響工作面兩部車正常搭接。
(2)防止液壓支架擠架、倒架旋轉回采期
間，支架將不可避免地出現(xiàn)支架咬架、爬架、歪
架、支架下滑等現(xiàn)象，拉架人員必須及時調架，用
單體支柱配合調架千斤頂及時進行調架，調架時，
支架尾梁盡量向機巷方向靠，避免支架調斜和尾粱
插入后部刮板輸送機，移架和調架時，人員必須站
在安全地點。
(3)防止輸送機上竄下滑 旋轉回采期間，
工作面刮板輸送機將會出現(xiàn)一定程度的下滑，因
此，抵車時必須是單向抵車，從下向上抵，嚴禁從
上向下抵，同時，機巷下幫進行不同程度擴棚，轉
載機盡量向下幫靠，確保工作面刮板輸送機和轉載
機的搭接合理。過了機巷拐點以后，要及時調整抵
車方向，從上向下抵，防止工作面刮板輸送機搭不
上轉載機。
】00
系統(tǒng)使得工作面各個部位的降塵率比原有噴霧系統(tǒng)
的降塵率都有顯著的提高；機頭噴霧的霧化效果
好，基本形成包圍滾筒和掘進頭的旋轉水霧；霧體
的速度比較高且密度大，同時又不擴散防礙司機的
視線；阻塵霧柱在使用井下靜壓水的情況下，仍然
能保證優(yōu)良的霧化效果，尤其是選定的噴射角度合
適，使得霧體基本在2m處開始覆蓋斷面，并能保
證5m左右的霧柱，達到很好的阻塵效果。
[責任編輯：鄒正立]
u + “+ -- — “+ 一+ + ”+ n+ 一+ “+ 一十”+ ．-——
4 結論
(1)871綜放工作面實現(xiàn)了安全旋轉開采，旋
轉回采期問的產(chǎn)量為正?；夭善陂g的87％ 左右，
達到了良好的效果。
(2)871綜放工作面旋轉開采的成功實施，減
少了工作面的搬家次數(shù)，多回收了煤炭資源
219784．5 t，創(chuàng)造利潤4490萬元；實現(xiàn)了工作面的
連續(xù)推進，為復雜地質條件下回采工作面布置及開
采積累了寶貴經(jīng)驗，創(chuàng)新了開采工藝，鍛煉了職工
隊伍，提高了復雜條件下管理水平，取得了顯著的
經(jīng)濟、社會效益。
[參考文獻]
[1]吳土良，安伯超．綜放工作面扇形區(qū)域調采工藝研究[J]．
山東科技大學學報(自然科學版)，2007，26(1)：4-7．
[2]劉鋒，鄭召強．工作面旋轉回采技術研究[J]．煤炭工程，
2009 (12)：47—48．
[3]徐新亮，裘世軍．大幅度調斜技術在綜采工作面的應用[J]．
煤礦開采，2008，13(6)：26—27． [責任編輯：王興庫]

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