采掘工作面胶带输送机水煤隐患解决对策的研究

晋纪岩

（冀中能源峰峰集团新屯矿，河北 邯郸 056201）

一、“水煤”隐患的主要危害

大多数斜井使用皮带机进行送输原煤，因此皮带机在煤矿生产中使用较多。在原煤运输过程中，水煤事故经常会导致皮带出现皮带跑偏，造成停车及淹埋机尾的安全隐患。此外，在实际生产中处理事故需要投入大量人力，更甚者带入煤仓内极易发生串仓事故，淹埋设备或人员，造成人员伤亡事故发生。

针对此隐患，我们通过研究分析，专门制作水煤识别及喷洒处理的系统，来处理皮带上的水煤，从而避免水煤的危害影响。水煤处理装置是通过喷洒一种高分子吸水性树脂来达到处理水煤的目的。高分子吸水性树脂具有高吸水率，能吸收自身重量数百倍的水离子，吸水速率高，每克吸水性树脂可以在短时间内吸收百克水离子，并且安全无毒无刺激，能够有效的对皮带上的水煤进行处理，防止造成水煤的危害。

二、水煤识别装置的研究与设计：

（一）煤水分测量识别方法

微波水分测量技术是近年来新兴的一门新测量技术，它是基于微波电子学和微波测量技术发展起来的，其应用都是低功率的，属于微波能领域。

微波与无线电波、红外线、可见光一样都是电磁波，频率为300MHz-300KMHz，在电磁波谱中位于红外线与无线电之间，因为微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为＂超高频电磁波＂，其波段为所有无线电波中波长最短的波，它穿透能力比较好，非常适合实时无损检测。颗粒大小和环境等因素对微波法测量水分含量影响较小，可在相对恶劣环境下进行测量。同时，该方法检测速度快，灵敏度高，比较适合实时在线测量的特点。因此微波煤水分测量技术是现场实时获取煤水分含量的重要手段，具有识别准确，测量精度高的优势。

（二）水煤识别装置硬件设计

水煤识别装置硬件系统由水煤识别模块、数字信号处理单元组成。

1.微波测量模块

微波测量模块由微波信号源、定向耦合器、隔离器、微波接收检测电路等组成。微波信号源加电后可产生频率为9.7GHz 的固定射频信号，所产生的射频信号经定向耦合、隔离由发射器发射出去。发射器传出的射频信号经过被测物体后被接收器接收后送入微波接收检测电路，所接收的信号经接收模块放大后检波，检测到的电平信号由接收模块送入数字信号处理单元。

接收器将接收到的功率信号转换为电压信号输出，数字信号处理单元通过采集该信号来实现对含水率的处理。

2.数字信号处理单元

输送带的输送速率和现场条件决定了数字信号处理单元对硬件的设计具有较高的要求。精确的处理信号是进行含水率分析和处理的基础。因此，本系统采用TMS320F2812 芯片作为数字信号处理单元，TMS320F2812 采用改进的哈佛结构、硬件乘法器、8级流水线和专用的信号处理的寻址方式，极大地提高了实时处理能力。

（三）水煤识别装置软件设计

1.测量信号与含水率关系的确定

微波测湿模块发生的频率固定在9.7GHz。本装置采用80 次/s的采样频率在输送带上连续采样400 个数据，通过距离大约为5 m。通过定量采样分析数据与微波衰减的关系，对得到的实验数据进行线性拟合，得到含水率m 与输出电压v 的逻辑关系。

2.信号处理单元的软件设计

输送带工作过程处于复杂的电磁环境中，因此，必须设计一个符合实际的高通滤波器以保证测量的准确性。信号处理单元还要通过软件补偿的方法来消除输送带上煤流表层反射对装置测量产生的影响，通过对测量数据的处理得到含水率信息并能够实现装置的实时显示、报警，同时要求检测装置每隔1s显示含水量数据。

三、高吸水性数值的吸水机理

高吸水性树脂最初阶段的吸水是通过毛细管吸附和分散作用实现的。接着，水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用，离子型的亲水基团遇水开始离解，阴离子固定在高分子链上，阳离子为可移动离子。随着亲水基团的进一步离解，阴离子数目增多。离子间的静电斥力增大，使树脂网络扩张。同时为了维持电中性，阳离子不能向外部溶剂扩散，导致可移动阳离子在树脂网络内的浓度增大，网络内外的渗透压随之增加，水分子进一步渗入。随着吸水量的增大，网络内外的渗透压差趋向于零，并且随网络扩张其弹性收缩力也在增加，逐渐抵消了阴离子的静电斥力，最终达到吸水平衡。

四、水煤处理装置机械结构的设计

根据喷洒材料的选择进行水煤识别与处理装置的设计，水煤识别与处理装置，主要由机架、检测装置、控制器、电磁阀、吸水性树脂储存器、输送管、出料口组成。

机架横跨于皮带机上方，机架两侧与皮带机固定；吸水性树脂储存器下部通过输送管连接有出料口，吸水性树脂储存器和输送管固定于机架中部，出料口朝向皮带；输送管与吸水性树脂储存器连接处下方设置有电磁阀，吸水性树脂储存器上部。电磁阀设置于输送管上端以方便精准的控制开启时间，以此调节吸水性树脂的喷洒量。

五、结束语

水煤识别及处理系统在峰峰矿区新屯矿14275 工作面第一台皮带机安装以来，使用效果明显。皮带上有水煤时，能及时进行喷射，使流体状变成胶泥状。从源头上主动杜绝水煤形成，有效杜绝水煤的形成，确保皮带机安全运输。