矿井自动控制洒水降尘技术的应用

何清朝， 唐中伟

（珲春矿业（集团）八连城煤业有限公司， 吉林 珲春 133300）

引言

粉尘危害极大，不但导致生产环境的恶化，而且加剧机械设备的磨损，缩短机械设备的寿命，危害职工的身体健康，导致各种职业病，更重要的是可能引发煤尘爆炸。因此，粉尘防治是煤矿灾害治理的重点。随着机械化水平的不断提高，矿井粉尘的产生量越来越大。根据八连城煤矿综掘工作面的粉尘全尘质量浓度高达28～32 mg/m3，生产期间，粉尘导致巷道能见度低。为解决综掘工作面风流中粉尘超标问题，掘进巷道传统方式主要是采用局部通风机进行正压通风除尘，在运输转载点和巷道内安装洒水喷雾装置进行降尘，但是受巷道断面、长度、风量、掘进工艺等影响，传统通风除尘降尘方法效果相对较差，且除尘自动化水平低，无法达到掘进巷道高效除尘的目的，不利于巷道安全快速掘进。本文以72303 回风顺槽掘进工作面为例，对掘进巷道自动控制洒水降尘系统进行阐述和说明。

1 72303 回风顺槽掘进工作面概述

矿井消防供水与防尘共用一套系统。地面工业广场清水泵房设置两个消防水池，水池容量为1 000 m3和400 m3。地面消防水池采用焊接钢管以静压方式向井下供水，总管路采用Φ159 mm 无缝钢管、分支管路采用Φ108 mm 无缝钢管，水压力为4.6 MPa。

72303 回风顺槽掘进工作面位于西七采区，属于23 号煤层，煤层平均厚度1.7 m，煤层有爆炸危险性。巷道东部为井田边界，南部为72305 采空区，西部为西七区回风巷，北部为72303 运输顺槽掘进区域。72303 回风顺槽设计长度为950 m，巷道断面规格为4.6 m×3.0 m，72303 回风顺槽沿23 号煤层顶板掘进，煤层伪顶为泥岩，厚度0.85 m，直接顶为粉砂岩和泥质粉砂岩，厚度20.05 m，f=2.31，煤层底板为泥岩，厚度1.15 m，f=2.53。

截至2021 年12 月20 日，72303 回风顺槽已掘进440 m，剩余510 m，掘进工作面采用EBZ 200 型掘进机掘进，采用DSJ-100 型皮带输送机运输煤炭，掘进施工进度为8 m/d。72303 回风顺槽按规程要求安装了消防供水管路、压风管路、排水管路，每隔50 m安设供水三通及支管，并在各转载点安设洒水喷雾，在距工作面50 m 处安设全断面风流净化水幕进行降尘。生产期间，测尘人员现场检测发现，工作面粉尘全尘浓度达32 mg/m3，工作面能见度仅5 m。巷道采用喷雾洒水装置进行降尘，但实际喷雾效果差，喷头水量大，达不到预期的降尘效果，粉尘浓度依旧超标。对此，将原巷道降尘装置进行合理优化，采用一套自动控制气水联动喷雾的除尘系统。

2 自动控制洒水降尘机构和工作原理

自动控制洒水除尘装置如图1 所示。

如图1 所示，自动控制降尘系统主要通过气雾控制柜内的液体控制单元、气体控制单元以及控制系统，对外部的水源、气源进行高精度过滤和压力调节之后将其输送至外部管路；在外部管路中经过二次处理，将液体和气体调节至适合工作环境的物理状态,最后于雾化喷嘴处汇合,通过雾化喷嘴对工业现场的环境进行降尘处理。其中控制系统能够根据气水输送系统的信号对电磁阀进行控制,从而控制气液两路的开闭。当有人员经过时,红外感应器感应到10 m 范围的人体信号后，控制单元电子阀开始动作,对水源阀门进行关闭，而气源阀门正常开启，仅保持气源畅通，人员通过红外感应区后，控制系统向水源电磁阀发送命令,将其开启。压力调节系统将液体和气体输送到喷嘴, 在高压气体作用下, 水流通过高压气体进行雾化，形成极细微的雾状水珠颗粒,通过喷嘴射入巷道空气中。雾状水珠颗粒对空气中飞扬的粉尘进行吸附捕捉,粉尘受重力作用而沉降,从而达到降尘的目的。喷嘴本体两端上有一个高压气体入口“A”、液体入口“W”，安装时，要将高压气体和供水管路分别接入喷嘴两端。在煤巷掘进时，为了提高煤尘的降尘率，矿井购置了一批煤尘抑制剂，煤尘抑制剂的作用是在煤尘漂浮在水面时，起到破坏水的张力，让煤尘易溶于水，沉积到水底。在煤尘抑制剂的作用下，自动控制降尘系统更好地捕捉粉尘，将空气中的粉尘和地面沉积的粉尘更好的控制住。

自动控制降尘系统安装在72303 回风顺槽掘进工作面巷道内，与工作面迎头距离为50 m；集中控制器（PLC）安装在巷道拉门口位置，分别与自动喷雾系统、粉尘抑制系统有线连接，主要用于信号处理、指令发送等，是整套系统的核心配件。

3 自动控制降尘系统优点

1）系统稳定性强。72303 回风顺槽掘进工作面安装的自动控制降尘系统结构简单，现场仅1 个集中控制器、1 组红外感应器、2 个电磁球阀、500mMHYVP-1*4*7/0.52 通讯线和1 组气雾喷雾头，便于人员安装、管理和维护。气雾喷雾喷嘴是顶针涡旋结构，喷头用于高压、高强度反复使用，且喷头外部有防尘口，相比传统的铜制喷嘴，更加耐用、雾化效果更好，传统的铜制喷嘴易出现煤粉、粉尘堵塞喷头，抗高压能力弱，因此，该喷嘴更耐用、更稳定。自动控制降尘系统在72303 回风顺槽应用期间，仅使用1 组气雾喷雾嘴，未出现喷雾效果不好，设备失灵等故障，因此，该系统稳定性高，简单易懂。

2）系统自动性高。传统的洒水喷雾装置需要人员进行手动操作，而且传统的洒水喷雾在消防供水管路安设的三通阀门进行操作，人员需要通过皮带运输机后开启，给人身安全带来危险，同时，因Φ16 mm 铜制球阀反复开关，球阀易损坏且劳动强度大，增加了降尘除尘的成本；而自动控制降尘系统通过电磁球阀受控制器控制即可达到自动供水、供风，虽然增加了一趟Φ10 mm 压风胶管，但实现喷雾降尘自动化，解放了劳动力，也起到了巷道降尘的目的，大大提高了巷道降尘自动化水平。同时，传统洒水喷雾装置在喷雾降尘时，喷头耗水量增大，经测算传统的一组铜制喷雾装置耗水量为3 L/min，造成巷道内出现积水、泥泞等问题，而使用自动控制降尘系统后，同等的一组气雾喷雾喷嘴耗水量为0.8 L/min，耗风量为0.5 m3/min，减少了供水管路的水浪费，降低了矿井粉尘防治成本，在节支降成上起到了积极作用，同时，自动控制降尘系统前后50 m 范围内巷道湿润、无积水、无泥泞，自72303 回风顺槽掘进工作面安装自动控制降尘系统后，巷道内文明生产水平得到大幅度提高。

3）系统降尘率高。自动控制降尘系统在压风和供水的联动下，水幕雾化效果好，水滴颗粒小，对巷道内的飞扬的粉尘捕尘效果好；而粉尘抑制系统主要破坏水的张力，使得煤尘溶于水，对巷道内积尘和浮尘颗粒吸尘效果好。在72303 回风顺槽掘进工作面安装该系统后，该巷道粉尘浓度为8 mg/m3，现场空气清新，能见度达到50 m 以上。

4 结论

截至2021 年12 月20 日72303 回风顺槽掘进工作面已掘进440 m，巷道安装了1 套自动控制降尘系统。从两个月实际应用效果来看，巷道内粉尘全尘质量浓度为8 mg/m3，巷道能见度提高至50 m 以上。该系统的应用大大降低了巷道粉尘质量浓度，保证了巷道安全快速掘进，取得了显著应用成效。