西曲矿综采工作面粉尘在线监测自动降尘装置应用研究

张崇智

（1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024；2.西山煤电集团西曲矿，太原 030024）

西曲矿综采工作面粉尘在线监测自动降尘装置应用研究

张崇智1，2

（1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024；2.西山煤电集团西曲矿，太原 030024）

针对煤矿综采工作面降尘效果不理想，无法对工作面现场粉尘浓度进行实时检测并有效降尘的情况，提出了应用ZP-127型粉尘在线监测自动降尘装置，对现场粉尘浓度自动分析，并且当粉尘浓度超过一定限值后进行自动喷雾降尘措施。该系统在山西西曲煤矿18502综采工作面试用后的降尘效果较为明显，大大减少了现场粉尘浓度，使工人工作环境得到了显著改善。

粉尘；在线监测；降尘装置；降尘效果

粉尘是我国煤矿五大灾害之一，现今随着我国煤矿机械化水平的不断提高以及劳动强度的不断增大，粉尘危害更加严重。据统计，我国每年有5.7万人患上尘肺病，因尘肺病死亡的人数则有6 000左右，是安全事故死亡人数的2倍[1]。尤其综采工作面煤尘问题一直较为严重，使得综采工作面劳动卫生条件十分恶劣，严重威胁一线工人的身体健康和煤矿的生产安全[2]。因此，综采工作面粉尘的治理迫在眉睫。

本文提出在煤矿综采工作面引入ZP-127型粉尘在线监测自动降尘装置，并在山西西曲煤矿进行试用后，现场降尘效果明显。

1 西曲矿工作面概况

西曲矿18502综采工作面上覆为2、3号煤12501、12502及4号煤14501、14502采空区，煤层厚度为3.85～4.22 m，工作面正、副巷长度约为1 610 m，巷道净断面为14.7 m2，所采煤层为8号煤，煤尘爆炸指数为23.21%。为了改善18502综采工作面的作业环境，矿井采取了净化水幕、转载点喷雾、捕尘网、人工控制的喷雾等措施进行降尘，但由于人工控制的喷雾雾化效果差，喷水量大，作业时影响操作人员视线，易淋湿作业人员衣服，使煤的水分增加较大，影响煤质，因此在作业现场得不到良好的降尘效果，严重影响工作面采煤工作的正常进行，损害工作面机器的使用年限和工人们的身体健康。并且高浓的粉尘存在极高的爆炸危险性，无法保障煤矿正常安全生产。因此，综采工作面粉尘在线监测自动降尘装置的应用研究工作亟待进行。

2 ZP-127型粉尘在线监测自动降尘装置

2.1 ZP-127型粉尘在线监测装置的构成

CGC1000型粉尘浓度识别装置是整套粉尘在线监测监控系统的核心，它在原有的电路系统上进行了有效对接和改进。整套系统的主机部分采用了进口工业级PLC智能控制器，具有时钟功能，可以按照需要的时间表计时运行，精确到秒时间，控制精确无误，具有集成电路一体化传感器，高可靠性电磁阀，多种措施并举，确保装置能够长期连续工作而无故障；包括了粉尘浓度自动分析系统、浓度超限报警系统、自动喷雾系统和地面监测远程控制系统组成，可实现远距离粉尘在线实时监测监控。整个装置系统可以预先设置粉尘浓度标准，通过对工作面粉尘浓度进行在线监测，当工作面粉尘浓度达到或超过所设定的标准时，会产生超标警报，并自动喷雾降尘，直到粉尘浓度降到标准以下。地面远程监控系统可以监控井下警报及喷雾状态，如果喷嘴喷雾不及时，可以通过电信号通知井下人员人工打开喷雾设施，实现对粉尘的及时治理。

2.2 ZP-127型粉尘在线监测装置的工作原理

ZP-127型粉尘在线监测自动降尘装置，具有智能化、自动化的特点，其喷雾降尘系统中如喷雾数量、光控传感器接收距离、粉尘自动分析传感器分析浓度范围及设定时间等技术参数可以根据工作面实际情况自主设置，系统根据已设定的参数进行程序化工作，以达到最好的除尘效果。当环境粉尘浓度大于粉尘传感器设置报警值时，粉尘浓度传感器输出报警信号通过控制主机开启降尘装置开始喷雾降尘，此时当光控传感器前方5 m内有人走动时，光控传感器输出高电平，主机接收到信号后电动球阀断开，马上停止，避免淋湿行人，当行人离开后如粉尘浓度仍超标则继续喷雾。

3 在线监测装置在工作面的应用

为了改变18502综采工作面高浓度的粉尘环境，实现工作面的粉尘在线监测并根据粉尘浓度实行自动喷雾降尘措施，保证工人们的安全生产和身体健康，西曲矿在18502综采工作面别安装应用了结合GCG1000型粉尘传感器的ZP-127型自动喷雾的粉尘在线监测自动降尘装置。设置装置的喷雾参数为喷雾压力≥8 MPa；每个喷嘴喷雾流量约为7 L/min；总流量大约为84 L/min；在1 m/s风速条件下，有效射程≥4 m；ZP-127型粉尘在线监测自动降尘装置在工作面巷道内的具体安装布置，见图1。

其中，安装过程中的注意问题包括：

a.喷杆应紧贴巷道上壁，喷头应该迎风向向下成30°～45°（可以根据风速的大小调整角度）。

b.粉尘传感器一般采用吊挂的方式安装在喷雾装置上风测10～20 m处的巷道壁上（可以根据风速的大小调整距离，以无水雾飘到粉尘传感器上为准），位置在距离地面三分之二的巷道高度；要求粉尘传感器抽风口与风向一致且不可倾斜，以免影响测量的精度。

c.主机应悬挂在喷雾装置上风侧1～3 m的巷道侧壁上。

d.人体红外光控传感器应水平且与巷道壁成90°角安装在喷雾装置上风侧5～6 m的巷道侧壁上，下风侧9～10 m的巷道侧壁上，距离巷道底板在1.3～1.5 m为宜。

e.电磁阀应安装在巷道侧壁上。

设备元件连接方式，见图2。

4 工作面的降尘效果

在该设备安装前，仅采用常规除尘措施，该工作面粉尘全尘浓度常年保持在962 mg/m3左右，粉尘浓度无法得到有效的控制。该装置安装后在下隅角，采煤机前十米处，采煤机司机位置，采煤机后10 m处，上隅角位置距离地面约1.5 m的高度严格按照测尘步骤进行粉尘浓度采样测量得出，在采用ZP-127型粉尘在线监测自动降尘装置后，当浓度超过设定值10 mg/m3以上时能迅速启动降尘喷雾系统进行喷雾降尘，降尘效率高达90%以上，实现了实时在线自动跟踪降尘的目标，能够确保工作面作业环境中的粉尘浓度低于该设备设定的粉尘浓度。

5 结论及建议

通过在18502综采工作面使用ZP-127型粉尘在线监测自动降尘装置，实现了在综采工作面实时在线监测跟踪并进行自动喷雾降尘的措施，随着此技术的逐步更新改进，可以逐步的取代原有除尘设施，不仅有效解决了综采工作面生产期间粉尘浓度超标的难题，更简化了矿井除尘系统，大大节约了煤矿除尘工作的费用，对于改善工作面作业环境，防治尘肺病的危害，确保工作面安全生产，间接增加煤矿生产效益起重要作用，有着积极有效的推广应用价值。然而，对于此系统安装应用过程中仍旧有一定的问题需要注意，对此提出了相应问题解决的建议：

1）高压管路接头的抗压强度需要进一步加强，当高压水通过时要切实保证其管路的安全性，防止有崩管现象，造成设备的毁坏，降尘工作的中断甚至对工人造成人身伤害。

2）由于粉尘在空气中流动属于离散相，随气流的变化浓度分布差异很大，在采煤机切割不同的位

置时粉尘颗粒在巷道中的运移规律不同，因此要合理选择粉尘浓度传感器的安装位置，确保传感器接受到的粉尘浓度信号灵敏有效。

3）由于粉尘颗粒大部分为疏水性质，并且粉尘颗粒越小，其比表面积越大，越难被水滴捕捉，因此必须使用高压泵提高喷雾压力，提高雾化效果，减小雾粒直径，保证水雾粒径在10 μm以下，有效捕捉空气中的呼吸性粉尘。

4）粉尘在巷道中的逸散范围越广，工人接触粉尘的时间范围越大，粉尘的爆炸危险性也相应越大，因此必须根据有效控制范围，及时调整设置位置，尽可能保证喷雾装置设置在产尘附近10～15 m的范围内，实现从源头控制降尘。

5）目前将该装置只应用在采煤工作面，应用范围局限性太大，需要进一步改进装置，增强其适应范围，如安设在盘区进回风口及皮带巷、煤库等装卸煤点附近，进行全矿井的粉尘在线监测，防治。

6）加强粉尘在线监测系统的巡查标效，并定期开展现场人工粉尘测定值与装置显示值的比对调整，保证粉尘在线监测系统能够正常准确的运行。

[1]郑莉.我国每年5.7万名矿工患上尘肺病[J].安全与健康，2011（1）:34-36.

[2]李修磊,程育顺,刘福祥.煤矿井下粉尘灾害现状调查[J].山东煤炭科技，2006（5）:17-18.

[3]程学珍,刘玫,王永宝，等.煤矿粉尘检测与控制技术[J].矿业研究与开发，2008.27（6）:78-79.

[4]张强,秦玉红.感应式粉尘浓度检测方法[J].自动化应用，2014（7）:104-106.

[5]田冬梅,蒋仲安,姚建，等.中外粉尘监测技术的比较[J].金属矿山，2008（7）:116-119.

[6]陈建阁,王杰,吴付祥.交流耦合式电荷感应法粉尘浓度检测技术研究[J].环境工程，2014（4）:131-134，147.

[7]张涛.激光透射式粉尘仪的微弱信号处理研究[J].机电工程，2011（12）:1453-1456.

Application of On-line Monitoring and Automatic Dust Suppression Device in Fully-mechanized Mining Face in Xiqu Mine

ZHANG Chongzhi1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Xiqu Mine,Xishan Coal&Electricity Group,Taiyuan 030024,China)

Because of poor dust suppression effect in fully-mechanized mining face,real-time monitoring of dust concentration and effective dust suppression cannot be realized on-site.The paper proposes an on-line monitoring and automatic dust suppression device,ZP-127,to automatically study the dust concentration on-site and to conduct some measures as automatic spray and aspirating after the dust concentration exceeds the limit.The system was used in No.18502 fully-mechanized mining face in Xiqu mine,which achieved obvious dust suppression effect,reduced the dust concentration,and improved the working environment.

dust;on-line monitoring;dust suppression device;dust suppression effect

TD741

A

1672-5050（2015）01-0019-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.007

编辑：薄小玲

2014-10-23

张崇智（1969-），男，山西神池人，大学本科，在读工程硕士研究生，工程师，从事矿井通风及安全管理工作。