翟镇煤矿采煤面防尘智能化系统研究

佟 强,车玉龙,杨仁树,许 鹏

(1.山东能源新矿集团，山东 泰安 271207；2.中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100083)

近年来，随着煤矿井开采强度和机械化程度的不断提高，井下产尘点和产尘量也不断增加[1]。在矿井生产环节中，都会产生大量的煤尘和岩尘，这统称为粉尘,其危害性极大，能污染工作场所，危害人体健康；煤尘在一定的条件下还可以发生爆炸，酿成严重的灾害[2]。针对煤尘的防护问题得到了煤炭企业的高度重视，同时国内许多学者也做了大量的研究工作，取得了大量的研究成果[3-8]。研究内容多数围绕综采煤，炮掘面等，研究智能化系统防尘技术相对较少，本文通过对采煤面防尘智能化系统设计，从产尘主要环节入手，系统治理煤尘给采煤面带来的不利影响。经过翟镇煤矿的实践验证，该系统具有很好的防尘效果。

1 采煤面防尘智能化系统设计

翟镇煤矿采煤工作面全部采用综合机械化开采，煤层含水低，根据现场检测观察，综采工作面产尘的主要环节根据产尘量的大小可分为以下几个环节：①采面高滚筒切割煤层时，上部煤(岩)快速下落，产生大量粉尘，这类粉尘主要是从底板向四周扩散；②滚筒强力切割煤(岩)体时产生大量的粉尘，此类煤尘随滚筒的移动而移动；③机组与溜子之间形成通道煤炭下运，风流上行，在机组下部形成粉尘流沿通道上行并向外扩散流动；④装运转载过程中产生粉尘；⑤采煤支架移架降架时。根据以上粉尘产生和扩散的特点，通过应用以下设备进行防治粉尘。

1.1 采煤机内外喷雾装置

采煤机工作运转割煤时，工作面产生的煤尘的浓度高达212mg/m3，远远地超过了《煤矿安全规程》规定的浓度，为了更有效的降低煤尘的扩散，首先从煤尘的源头治理，在采煤机上安设了内外喷雾装置，更加直接有效的防治煤尘，降低回采工作面割煤时所产生煤尘的生成量，使煤尘的浓度降低到40 mg/m3，减少了煤尘的蔓延扩散量。

1.2 光电喷雾装置

对架间喷雾装置进行改进，由传统的人工开启改为了光束传感器来控制电磁阀工作，实现开关架间喷雾。

1.3 新式移架降架喷雾装置

如图1所示，新式移架降架喷雾装置工作原理是通过立柱降柱打开双向锁A腔，使一部分液体从双向锁进液口进入使其打开阀芯，液体通过出液口进入阀组，A腔打开同时B腔也随之打开构成回路。将防尘主管通过一根Φ10mm胶管接入双向锁进液口3，再通过胶管将回液口4与架间喷雾相联，这样工作液打开A腔，B腔也同时打开，通过以上循环就实现了降柱的同时自动打开防尘管路。

图1 新式移架降架喷雾装置示意图

为了使本架不受外部回液的影响，在本架回液管路上加一个单向交替阀，用回液主管路压力将交替阀的一个腔闭住，使本架不受影响，在双向锁与立柱上腔之间的一球阀，使其打开五分之一，使液体仅能打开双向锁为宜，不至于降架时影响立柱降架速度。

1.4 煤层注水装置的研究

MK-3型全液压坑道钻机，该钻机功率大(15kW)钻孔倾角容易掌握，用Φ42mm钻杆，最大钻孔深度可达150m，满足了煤层注水的钻孔深度要求。钻机相关主要参数如表1所示。

表1 钻机相关参数

应用压风排碴技术进行井下钻孔施工，改变了传统的以清水作冲洗介质的钻孔施工方法，采用了以空气(风力)作为钻孔冲洗介质的施工工艺，避免了因塌孔造成的卡钻、埋钻事故，实现了在复杂结构易塌孔煤层中的高效钻孔。煤层的原始水份含量由原来的1.69％提高到5.8％，有效地起到湿润煤层的效果。

1.5 转载点自动喷雾装置

在转载机电控回路上接一入个电磁阀，转载机电机的开关控制，随机喷雾启动或停止，达到自动喷雾的效果。

1.6 红外线喷雾网式扑尘器

红外线喷雾网式扑尘器以巷道断面为基础，截取双层纱网制作一个覆盖全断面的拦截面，并在拦截面的后方0.3m处安设一道红外线净化水幕， 确保水幕的水正好喷洒在砂网上，在对砂网冲刷的同时就形成了一层水幕帘子，为了避免行人通过水幕的开启，水幕受红外线探头感应开关。

2 结束语

本系统的成功应用，从技术层面上提高了矿井生产的安全系数，改善井下矿工的工作环境，对于指导工矿企业的安全生产也具有重要的理论意义和实用价值。经济效益方面该系统使得井下各类设备(施)免受粉尘侵蚀，延长了设备的使用年限，降低了检修、维护费用，并保证其正常使用。仅此一项每矿每年可节约设备(施)维修和保养费用近20万元。随着井下采煤面防尘技术的提高，事故率大大降低，减少了井下粉尘爆炸、火灾等事故的发生率，保证了矿井的安全、高效生产，维护了矿区的和谐、稳定，取得了良好的社会效益。

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