智能型全自动降尘水幕装置的设计与应用_徐爱国.pdf

1072023 年第 5 期徐爱国：智能型全自动降尘水幕装置的设计与应用徐爱国：智能型全自动降尘水幕装置的设计与应用智能型全自动降尘水幕装置的设计与应用徐爱国（淮北矿业股份有限公司杨柳煤矿，安徽 淮北 235000）摘 要 针对杨柳煤矿 1076 风巷掘进面采用手动降尘水幕装置，存在巷道积水或淹巷安全隐患，设计一种智能型全自动降尘水幕装置。应用结果表明：设备运行稳定，能实现降尘作业智能化，1076 风巷全尘浓度、呼尘浓度分别降低至 75 mg/m3、36 mg/m3，降尘效率分别为 75.9%、72.9%，降尘效果理想。关键词 智能型；巷道掘进；降尘水幕中图分类号 TD714+.4 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.035Design and Application of an Intelligent Fully Automatic Dust Reduction Water Curtain DeviceXu Aiguo(Huaibei Mining Industry Co.,Ltd.,Yangliu Coal Mine,Anhui Huaibei 235000)Abstract:Aiming at the manual dust reduction water curtain device used in the 1076 air roadway excavation face of Yangliu Coal Mine,which poses safety hazards such as water accumulation or flooding in the roadway,an intelligent fully automatic dust reduction water curtain device is designed.The application results show that the equipment operates stably and can achieve intelligent dust reduction operations.The total dust concentration and exhaled dust concentration in the 1076 air roadway are reduced to 75 mg/m3 and 36 mg/m3,respectively.The dust reduction efficiency is 75.9%and 72.9%,respectively,and the dust reduction effect is ideal.Key words:intelligent;roadway driving;dust suppression water curtain收稿日期 2022-11-04作者简介 徐爱国（1984），男，安徽宿州人，2010 年毕业于安徽理工大学地质工程专业，本科，工程师，研究方向：煤矿一通三防及瓦斯治理。徐爱国：智能型全自动降尘水幕装置的设计与应用徐爱国：智能型全自动降尘水幕装置的设计与应用1 工程概况杨柳煤矿地处安徽省淮北市孙疃镇境内，井田东西宽约 39 km，南北走向长 9 km。矿井可采储量 140.56 Mt，可采煤层为 72、8、10 煤层，主采二叠系 10 煤，设计产能 1.8 Mt/a，服务年限 55.8 a，煤种是气煤和 1/3 焦煤。杨柳煤矿 1076 工作面位于 107 采区西翼，工作面走向长 1985 m，倾斜长 235 m；主要开采 10煤，煤层厚度 1.475.04 m，平均厚度 3.05 m；煤层倾角 0 5，平均倾角 2。1076 风巷掘进面采用综合机械化掘进作业，配置有 EBZ132 型掘进机、DSJ650/20/240 型胶带输送机、7566 风钻、MQT130/2.8 型矿用气动锚杆钻机等设备。1076 风巷掘进防尘采用手动降尘水幕装置，应用效果不佳，存在巷道积水或淹巷安全隐患，需对降尘水幕装置进行优化调整。2 手动降尘水幕装置及问题分析2.1 手动降尘水幕装置1076 风巷掘进采用综合机械化施工，施工时产生大量煤尘。为改善作业环境、降低粉尘浓度，在1076 风巷掘进面安设有手动降尘水幕装置，如图 1。图 1 1076 风巷掘进面手动降尘水幕装置示意图手动降尘水幕装置由手动喷雾装置和防尘帘组成。工作时，人工开启装置阀门，有工作人员通过防尘帘，人工关闭喷头通行。2.2 手动降尘水幕装置存在问题手动降尘水幕装置降尘效果较差，主要有以下问题：1）手动降尘水幕装置采用人工手动开启，自动化程度低。在 1076 风巷掘进作业时，作业人员安全意识不强、怕麻烦，没有及时开启降尘水幕装1082023 年第 5 期置实施喷雾降尘。2）有人需要通过防尘帘区域时，需要事先人工关闭喷头避免喷洒到行人，通行之后再打开喷头，造成人员通行时降尘水幕装置不能正常作业，防尘效果较差。3）掘进机、钻机停止工作后，关闭降尘水幕装置不及时，有时甚至在结束工作后 35 h 才关闭降尘水幕装置，造成水资源浪费，存在巷道容易积水或淹巷安全隐患。手动降尘水幕装置降尘效果较差，导致 1076风巷掘进面粉尘浓度过高，不利于作业人员身体健康，也会产生煤尘爆炸的安全隐患。对 1076 风巷掘进面手动降尘水幕装置进行优化改进，在提高降尘装置降尘效果的同时，提高降尘水幕装置智能化水平，减小粉尘危害，改善工作环境，提高 1076 风巷智能化掘进面建设水平和掘进效率。3 智能型全自动降尘水幕装置设计分析3.1 设计思路1）当工作人员即将通过防尘水幕时，降尘水幕装置可以自动停止喷雾，避免工作人员被喷雾淋湿；当工作人员通过水幕后，降尘水幕装置及时开启喷雾，避免人为因素导致防尘水幕不能及时开启降尘的问题产生。2）降尘水幕装置与掘进机、钻机等设备实施智能联锁控制，掘进或打钻作业时水幕喷雾自动开启；工作面掘进机、钻机停止作业后，降尘水幕装置喷雾系统延迟1040 min停止喷雾，节约水资源，防止产生巷道积水或淹巷隐患。3.2 智能型全自动降尘水幕装置设计方案1-63.2.1 结构分析在手动降尘水幕装置基础上进行优化调整和改造设计，形成新型智能型全自动降尘水幕装置，结构及安装布置示意图如图 2 所示。图 2 智能型全自动降尘水幕装置结构及安装布置示意图智能型全自动降尘水幕装置主要由全自动喷雾装置和卷帘式防尘帘两部分组成。全自动喷雾装置由静压管路、电磁控制阀 1、电磁控制阀 2、手动控制阀 2、雾化喷头 2、智能控制器、感应板 1、感应板 2、感应板 3 等组成。卷帘式防尘帘采用两根 2.5 m 长四分管子焊接而成，上面一根管子上装有 2 个套环，套环上焊接固定夹板，用于将防尘水幕固定在巷道顶梁上；下面一根管子两端头焊接卷帘滚轮，滚轮上安装拉绳，通过拉绳方式，实现防尘水幕的升降操作，起到封闭掘进巷道断面的作用。在防尘帘上预留带式运输机口和行人通行小门。建立了远程智能控制系统，由程控主机、电磁阀、传感器、传输线路等组成。当需要长时间不间断对风巷粉尘进行净化时，地面通过程控主机给远程智能控制系统发送启动信号，水量监测传感器关闭，水幕管路与水源连接处的电磁阀开始启动，打开水源启动净化水幕进行喷淋；当不需要净化时，远程程控主机只需发送信号，打开控制电磁阀的传感器即可。3.2.2 工作原理当远程智能控制系统监测到掘进机、钻机等设备进行施工作业，通过智能联锁控制智能型全自动水幕降尘装置开启作业。智能型全自动降尘水幕装置工作时，地面通过程控主机给远程智能控制系统发送启动信号，水量监测传感器关闭，装置静压水管管路与水源连接处阀门 1 开始启动，打开水源；水源到过滤网除杂，控制器控制电磁阀1开启，喷头1洒水喷雾降尘作业。工作人员需离开掘进面通过防尘帘时，当其走至感应板 3 位置处，采集的信号反馈至远程智能控制系统，控制器控制电磁阀 2 关闭，喷头 2 关闭停止喷雾，但喷头 1 正常喷雾工作；当工作人员继续前行到达感应板 2 位置处，采集的信号反馈至远程智能控制系统，喷头 1 关闭，停止喷雾，同时，控制器控制电磁阀 2 开启，喷头 2 开始正常喷雾工作。整个通行过程都在不间断喷雾作业。工作人员需要进入到掘进面，当其走至感应板1 位置处，采集的信号反馈至远程智能控制系统得知有人员即将通过防尘帘，电磁阀 1 关闭，喷头 1停止喷雾，同时开启电磁阀2，喷头2开始正常喷雾；当工作人员通过防尘帘到达感应板 2 位置时，采集的信号反馈至远程智能控制系统得知人员已通过防尘帘，电磁阀 1 开启，打开喷头 1 实施喷雾，电磁阀 2 关闭，喷头 2 停止喷雾。1092023 年第 5 期徐爱国：智能型全自动降尘水幕装置的设计与应用徐爱国：智能型全自动降尘水幕装置的设计与应用当水源不需要过滤网净化时，远程智能控制系统还可以直接关闭过滤网。当远程智能控制系统监测到掘进机、钻机等设备停止施工作业，通过智能联锁控制系统可以使智能型全自动水幕降尘装置延时 1035 min 关闭。具体关闭时间可以根据掘进面巷道现场积水情况进行优化调整。该装置还设有手动控制阀门 2，当智能控制系统或电磁阀出现故障时，可以采用手动开启阀门实施喷雾降尘作业，有效保障了掘进巷道喷雾降尘连续不间断。4 应用效果分析智能型全自动降尘水幕装置在杨柳煤矿 1076风巷进行了试验应用，装置在距迎头 18 m 位置处按上述图 2 进行安装布置。对粉尘浓度进行了监测，采样地点分别为迎头、综掘司机位置、距迎头20 m、距迎头 40 m、距迎头 100 m，监测结果如表 1 所示。表 1 智能型全自动降尘水幕装置应用前后粉尘浓度表采样位置全粉尘浓度/（mg/m3）降尘效率/%呼吸性粉尘浓度/（mg/m3）降尘效率/%应用前应用后应用前应用后迎头423.775.082.3201.136.082.1综掘司机位置375.110.197.3185.17.695.9距迎头 20 m320.49.996.9160.17.495.4距迎头 40 m298.49.596.8148.57.195.2距迎头 100 m265.38.296.9125.86.594.8从表 1 数据可知，应用智能型全自动降尘水幕装置后，全粉尘浓度大幅度降低，降尘效率在82.3%97.1%之间；呼吸性粉尘浓度大幅度降低，降尘效率在 82.1%95.9%之间。综掘司机位置全粉尘浓度、呼吸性粉尘浓度控制在 10.1 mg/m3、7.6 mg/m3以内，降低了粉尘对作业人员身体健康影响。智能型全自动降尘水幕装置运行稳定，降尘效果大幅提高，作业环境明显改善，有效降低煤尘、自然发火和巷道积水淹巷的隐患发生概率。【参考文献】1 曹建霞，张永亮，付翠翠，等.水幕降尘系统雾滴分布受风流影响的数值模拟研究 J.安全与环境工程，2022，29（04）：248-254.2 杨斌.掘进工作面全自动降尘水幕装置设计 J.煤，2022，31（01）：77-78.3 郭帅.水幕降尘装置研制与实践应用 J.山东煤炭科技，2019（03）：92-94.4 谭聪，蒋仲安.矿井水幕帘降尘参数优化实验研究 J.中 国 矿 业 大 学 学 报，2015，44（06）：1002-1007.5 任继海，王祥.掘进巷道安装全断面捕尘网与水幕配合使用降尘技术的应用J.内蒙古煤炭经济，2014（12）：106-107.6 张江波，洪晓东.煤矿井下泡沫除尘与防尘水幕的降尘效果比较J.内蒙古煤炭经济，2014（06）：171+175.期间煤尘产生量，极大地改善了施工人员作业环境。【参考文献】1 张学博，王文元，蔡行行.深部煤层抽采钻孔变形失稳影响因素研究 J.煤炭科学技术，2021，49（05）：159-166.2 张超林，王恩元，许江，等.煤层瓦斯压力对瓦斯抽采效果的影响 J.采矿与安全工程学报，2022，39（03）：634-642.3 董润平，王晨阳，刘乐，等.煤层底板梳状长钻孔分段水力压裂增透技术研究与工程实践 J.煤炭技术，2022，41（06）：151-155.4 李书文，王冕.顶板水力压裂与高位钻孔立体抽采瓦斯新技术J.煤炭科学技术，2013，41（11）：79-81+85.5 牟全斌，闫志铭，张俭.煤矿井下定向长钻孔水力压裂瓦斯高效抽采技术 J.煤炭科学技术，2020，48（07）：296-303.（上接第 106 页）