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礦井粉塵監(jiān)控和高效治理技術(shù)的研究與應(yīng)用

文檔作者：趙彤宇劉生玉王凱文檔來(lái)源： 1．鄭州光力科技發(fā)展有限公司 2．雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)公司通風(fēng)管理部，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(shù)的研究與應(yīng)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(tuán)公司通風(fēng)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(cè)和高效治理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了礦井粉塵濃度的在線連續(xù)監(jiān)
測(cè)與控制，可將檢測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度實(shí)時(shí)傳送至井上控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能化煤礦粉塵治理，在粉塵濃
度超過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)X-作等狀況下，可自動(dòng)進(jìn)行高壓噴霧降塵，相比傳統(tǒng)技術(shù)，除
塵效率提高了80％ 以上。
[關(guān)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(hào)]TD714．4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1006-6225 (2010)05-0098-03
Research and Application of Mine Dust Monitoring and Hi -efi ciency Prevention Technology
長(zhǎng)期以來(lái)，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(lái)越嚴(yán)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(zhǎng)期吸
人，輕者會(huì)患呼吸道疾病，重者會(huì)患矽肺病。煤塵
還具有爆炸性，給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)很大的威脅。
煤塵濃度較高時(shí)會(huì)降低作業(yè)場(chǎng)所的能見度，導(dǎo)致誤
操作，增加工傷事故的發(fā)生。另外，還會(huì)加速機(jī)械
的磨損，縮短精密儀器、儀表的壽命。因此，世界
各國(guó)紛紛制定嚴(yán)格的粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)，以此維護(hù)工人
身心健康和礦井安全。機(jī)械化采煤工作是采礦最大
粉塵來(lái)源之一，保護(hù)工人健康，維護(hù)環(huán)境的重要性
是僅次于瓦斯治理的一項(xiàng)工作?；谝陨显?，本
公司進(jìn)行了大量市場(chǎng)調(diào)研和科技、經(jīng)濟(jì)力量投入，
具有針對(duì)性解決采煤降塵治理工作。
1 高壓霧化除塵機(jī)理
煤礦井下主要的污染來(lái)自煤塵的污染。由于礦
井采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸?shù)戎饕h(huán)節(jié)都會(huì)引起煤塵污
染，并且井下通風(fēng)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(huì)很高。
高壓噴霧降塵裝置的降塵機(jī)理是霧滴對(duì)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(dá)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(duì)人體危害嚴(yán)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(yīng)的電荷效應(yīng)，增強(qiáng)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(dòng)器、隔爆高壓水泵、過濾器、高低水
位自動(dòng)控制器、高壓膠管和霧化噴頭等組成，如圖
1所示。
— — —— — 、， — — —_ _／ —
放置于設(shè)備列車上放置于采煤機(jī)
電纜槽內(nèi)
安裝在采煤機(jī)E
圖1 粉塵治理裝置總體結(jié)構(gòu)
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(hào)，控制高壓泵的噴
霧和停止，實(shí)現(xiàn)了煤礦粉塵濃度的在線連續(xù)監(jiān)測(cè)與
控制、與采煤機(jī)或掘進(jìn)機(jī)的聯(lián)動(dòng)降塵和保護(hù)通過人
員的功能。當(dāng)作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度超過設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值
時(shí)，通過粉塵傳感器向主控制器發(fā)出信號(hào)，控制降
塵裝置的噴霧，實(shí)現(xiàn)了粉塵濃度的在線連續(xù)定量監(jiān)
測(cè)與控制。當(dāng)采煤機(jī)或掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，開停傳感器
向主控制器發(fā)出信號(hào)，控制降塵裝置的噴霧，實(shí)現(xiàn)
[收稿日期]2010—04—09
[作者簡(jiǎn)介]趙彤宇(1967一)，男，河南平頂山人，碩士，高級(jí)工程師，鄭州光力科技發(fā)展有限公司董事長(zhǎng)，從事經(jīng)營(yíng)管理和技術(shù)開發(fā)。
98
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趙彤宇等：礦井粉塵監(jiān)控和高效治理技術(shù)的研究與應(yīng)用 2010年第5期
了噴霧裝置與采煤機(jī)或掘進(jìn)機(jī)的聯(lián)動(dòng)。當(dāng)噴霧區(qū)域
有人經(jīng)過時(shí)，光控傳感器向主控制器發(fā)出信號(hào)，控
制降塵裝置停止噴霧；當(dāng)工作人員離開噴霧區(qū)域
時(shí)，如果此時(shí)粉塵仍然超標(biāo)或采煤機(jī)掘進(jìn)機(jī)仍在工
作，則可繼續(xù)啟動(dòng)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(cè)塵技術(shù)研發(fā)出的最新一代可在線連續(xù)監(jiān)測(cè)粉塵濃
度的傳感器，該測(cè)塵技術(shù)已獲發(fā)明專利。測(cè)量出的
粉塵濃度值不受粉塵顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)影響，不
受被測(cè)氣體流速、溫度影響，可長(zhǎng)期不間斷進(jìn)行粉
塵監(jiān)測(cè)，測(cè)量準(zhǔn)確性高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，維護(hù)工作
量小。
傳感器的測(cè)量范圍0．01～1000mg／m ，在量程
范圍內(nèi)可任意設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值。只要粉塵濃度達(dá)到設(shè)定
值就會(huì)輸出控制信號(hào)。根據(jù)井下不同的地點(diǎn)對(duì)粉塵
濃度要求不同，可以設(shè)定不同的標(biāo)準(zhǔn)值。因此，該
裝置適用于井下各處產(chǎn)塵點(diǎn)自動(dòng)控制灑水降塵。
該裝置可以設(shè)置在采煤機(jī)上(見圖2)，對(duì)滾
筒采煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵及時(shí)治理。對(duì)采煤機(jī)自動(dòng)檢
測(cè)，實(shí)時(shí)感應(yīng)采煤機(jī)工作狀況，自動(dòng)加壓，通過管
路輸送到設(shè)置在采煤機(jī)上的噴頭，合理均布分散水
霧，使噴霧壓力達(dá)到8—12．5MPa，流量達(dá)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(jī)冷卻電機(jī)
水路分離，通過設(shè)置在采煤機(jī)上的專用噴頭，具有
針對(duì)性地對(duì)產(chǎn)塵區(qū)域包裹噴霧。采煤機(jī)工作時(shí)，在
距滾筒下風(fēng)向10m左右粉塵濃度小于200rag／m ，
降塵效果(試驗(yàn)前后、狽0試對(duì)比結(jié)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(yīng)電流、粉塵濃度、觸控、光控、遙控、開關(guān)
等形式控制設(shè)備開停。當(dāng)主機(jī)接收到傳感器的信號(hào)
后，發(fā)出控制信號(hào)到控制器、電動(dòng)閥，控制器啟動(dòng)
電機(jī)電源閉合，電動(dòng)閥控制水箱水量，反之水箱通
過水位變化反應(yīng)控制電動(dòng)閥關(guān)閉， 同時(shí)加壓泵啟
動(dòng)，管路升壓，噴頭可以設(shè)置多個(gè)不同型號(hào)噴嘴，
調(diào)節(jié)噴霧效果。
該裝置也可以設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)上(見圖3)，使
掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行沉降。對(duì)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)檢
測(cè)，實(shí)時(shí)感應(yīng)掘進(jìn)機(jī)工作狀況，自動(dòng)加壓，經(jīng)過管
路輸送到設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)上的噴頭，即克服了噴霧壓
力、流量不足問題，同掘進(jìn)機(jī)水路分離，通過噴頭
圖2 采煤工作面自動(dòng)高壓噴霧降塵裝置系統(tǒng)
具有針對(duì)性地對(duì)截齒圓周包裹噴霧降塵。掘進(jìn)機(jī)工
作時(shí)，在司機(jī)處粉塵濃度小于200mg／m ，降塵效
果(試驗(yàn)前后測(cè)試對(duì)比結(jié)果)>180％ 。
圖3 掘進(jìn)工作面自動(dòng)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(fēng)巷道
口，粉塵濃度都比較高，設(shè)置該裝置后，回風(fēng)巷粉
塵濃度可以大大下降。其他如煤倉(cāng)裝煤口、卸載
口、轉(zhuǎn)載口等產(chǎn)塵點(diǎn)都可采用。
4 煤礦現(xiàn)場(chǎng)試用情況
在雙鴨山煤業(yè)集團(tuán)新安礦井下一500m的采煤
工作面和一350rn的掘進(jìn)工作面進(jìn)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(fēng)，回風(fēng)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(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)使用，效
果明顯，達(dá)到了預(yù)期目的。
(1)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)地點(diǎn)粉塵濃度實(shí)時(shí)傳輸?shù)降?
面中心站，可隨時(shí)掌握監(jiān)測(cè)地點(diǎn)粉塵濃度變化。
(2)粉塵濃度達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴
霧降塵。
(3)粉塵濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切斷被控
設(shè)備電源，地面中心站通過斷電控制器可以監(jiān)測(cè)供
電狀態(tài)。
(4)通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，監(jiān)測(cè)地點(diǎn)粉塵濃度達(dá)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(shí)間大幅度縮短，次
數(shù)減少，持續(xù)時(shí)間短。
測(cè)塵位置為綜采機(jī)和掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位，分別為7
次。項(xiàng)目實(shí)施前后粉塵濃度實(shí)測(cè)結(jié)果如表1和表2。
從表1、表2測(cè)量數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：本項(xiàng)目實(shí)施
前，由于綜采機(jī)、綜掘機(jī)除塵效果不好，不同時(shí)間
表1 項(xiàng)目實(shí)施前粉塵濃度 mg／m
段的產(chǎn)塵變化很大，沒有規(guī)律；項(xiàng)目實(shí)施后，除塵
效果顯著，不同時(shí)問段在司機(jī)位測(cè)塵，無(wú)論是全塵
濃度還是呼塵濃度顯著下降，測(cè)量值差距不大。
從表1，表2可以看出，項(xiàng)目實(shí)施后，綜采司
機(jī)位全塵及呼吸性粉塵平均濃度分別下降81．7％
及85。l％ ；掘進(jìn)機(jī)司機(jī)位分別下降83．9％ 及
80．9％
5 結(jié)論
從試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，高效噴霧降塵
-- +-
(上接27頁(yè))
機(jī)巷，繼續(xù)搭接在轉(zhuǎn)載機(jī)上。由于機(jī)頭上竄，在機(jī)
巷轉(zhuǎn)折處向工作面內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)幫，將40~2kW刮
板機(jī)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(zhuǎn)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(shí)調(diào)架，用
單體支柱配合調(diào)架千斤頂及時(shí)進(jìn)行調(diào)架，調(diào)架時(shí)，
支架尾梁盡量向機(jī)巷方向靠，避免支架調(diào)斜和尾粱
插入后部刮板輸送機(jī)，移架和調(diào)架時(shí)，人員必須站
在安全地點(diǎn)。
(3)防止輸送機(jī)上竄下滑 旋轉(zhuǎn)回采期間，
工作面刮板輸送機(jī)將會(huì)出現(xiàn)一定程度的下滑，因
此，抵車時(shí)必須是單向抵車，從下向上抵，嚴(yán)禁從
上向下抵，同時(shí)，機(jī)巷下幫進(jìn)行不同程度擴(kuò)棚，轉(zhuǎn)
載機(jī)盡量向下幫靠，確保工作面刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載
機(jī)的搭接合理。過了機(jī)巷拐點(diǎn)以后，要及時(shí)調(diào)整抵
車方向，從上向下抵，防止工作面刮板輸送機(jī)搭不
上轉(zhuǎn)載機(jī)。
】00
系統(tǒng)使得工作面各個(gè)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(jī)頭噴霧的霧化效果
好，基本形成包圍滾筒和掘進(jìn)頭的旋轉(zhuǎn)水霧；霧體
的速度比較高且密度大，同時(shí)又不擴(kuò)散防礙司機(jī)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(dá)到很好的阻塵效果。
[責(zé)任編輯：鄒正立]
u + “+ -- — “+ 一+ + ”+ n+ 一+ “+ 一十”+ ．-——
4 結(jié)論
(1)871綜放工作面實(shí)現(xiàn)了安全旋轉(zhuǎn)開采，旋
轉(zhuǎn)回采期問的產(chǎn)量為正?；夭善陂g的87％ 左右，
達(dá)到了良好的效果。
(2)871綜放工作面旋轉(zhuǎn)開采的成功實(shí)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(rùn)4490萬(wàn)元；實(shí)現(xiàn)了工作面的
連續(xù)推進(jìn)，為復(fù)雜地質(zhì)條件下回采工作面布置及開
采積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新了開采工藝，鍛煉了職工
隊(duì)伍，提高了復(fù)雜條件下管理水平，取得了顯著的
經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
[參考文獻(xiàn)]
[1]吳土良，安伯超．綜放工作面扇形區(qū)域調(diào)采工藝研究[J]．
山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，26(1)：4-7．
[2]劉鋒，鄭召?gòu)?qiáng)．工作面旋轉(zhuǎn)回采技術(shù)研究[J]．煤炭工程，
2009 (12)：47—48．
[3]徐新亮，裘世軍．大幅度調(diào)斜技術(shù)在綜采工作面的應(yīng)用[J]．
煤礦開采，2008，13(6)：26—27． [責(zé)任編輯：王興庫(kù)]

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