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1、 《综放支架红外自动喷雾及配套降尘设备研发》 项目实施方案 晋煤集团赵庄2号井 华北科技学院 2011年2月25日 一、项目立项背景 1、基本情况 煤尘是煤矿井下危害性最大的自然灾害之一，工人长期吸入矿尘，轻则患呼吸道炎症，重则患尘肺病。我国煤矿每年因尘肺病死亡的人数远远超过直接由井下生产性事故死亡的人数，且绝大多数矿井的煤尘爆炸危险性都比较强，煤尘爆炸事故也时有发生。 “三软”煤层的综合防尘措施问题尤为突出，具体表现在：采用煤体注水防尘措施时，注水钻孔易塌孔、夹钻，排尘难度较大，使钻孔深度很难达到理想要求，
2、且封孔困难，合理的注水压力和注水时间仍很难确定；割煤工序粉尘严重超标，在无喷雾状态下，最高能达到1000mg/m3以上；运输机道各转载点产生大量粉尘，严重污染工作面进风流；综采放顶煤工作面放煤作业时，放煤口粉尘严重超标；炮掘工作面放炮很长时间后，浮尘仍很难降低到标准浓度。现有淋水喷雾降尘中一方面没有合适的添加剂以提高降尘效果，另外现在喷头存在雾化效果差等特点。 2、目前存在的问题 测尘和声控自动喷雾降尘装置虽然对工作面工作场所起到了喷雾降尘的作用，但是在喷雾过程中，人员通过喷雾点时不能暂停或延迟喷雾，给工作人员的行动带来不便，另外，声控自动喷雾装置在接到控制信号后洒水，当粉尘浓度降到规定浓
3、度以下时，该装置不能自动停止洒水，降低了装置的利用效率。 3、国内外现有技术 自动喷雾降尘装置，主要用于煤矿井下进回风大巷、采掘工作面进回风巷道、车场、煤仓及其它需要定时喷雾降尘或定时洒水的作业场所，净化风流，改善工作环境，防止粉尘危害，保护工人身体健康。 用于采掘工作面及回采工作面架间的自动喷雾装置目前主要有以下两种类型： 测尘自动喷雾降尘装置，该装置根据粉尘浓度控制洒水降尘，适用于煤矿井下工作面、井底煤仓运输大巷等工作场所。系统主要由煤矿粉尘传感器、隔爆兼本安多路电源、电磁阀、喷头、水管等组成。当监测场所粉尘浓度达到或超过粉尘传感器设定的报警值时，粉尘传感器产生一个触发控制信号，通
4、过传输电缆传至隔爆兼本安多路电源，由隔爆兼本安多路电源内的继电器打开电磁阀对工作场所进行洒水，降低工作场所的粉尘，当粉尘传感器恢复到正常工作状态时，洒水停止。 声控自动喷雾降尘装置该装置利用声音控制洒水降尘，适用于煤矿井下炮采工作面。系统主要由声控传感器、控制器、电磁阀、喷头、水管等组成。当监测到放炮等产生的强声音经过声控传感器时，传感器给出控制信号，传至控制器，控制器内的继电器控制电磁阀，对工作场所进行洒水降尘。 采用架间喷雾是降低工作面煤尘的最直接有效的办法。以往的架间喷雾装置多采用手动控制，开启方法原始，操作具有随意性。有些煤矿将控制喷雾的片阀与液压支架的某个油缸活塞动作联动起来，通
5、过油缸的位移推动片阀动作打开喷雾水阀门。虽然不用人工去专门操作，但实际工作中操作不方便，阀门的开启和停止不够及时，而且耗水量大，降尘效果也不理想。 4、项目实施达到的目的 (1)研制出适合赵庄煤矿2号井放顶煤回采工作面架间喷雾降尘时自动添加煤尘抑制剂的装置。在进水管道中加装一套自动加液混合装置，使研发的煤尘抑制剂能方便的加到水中。 (2)研制出适合赵庄煤矿2号井放顶煤回采工作面架间自动喷雾降尘的综合红外装置。 二、技术开发方案 （1）管道自动加液混合装置 管道自动加液混合装置（图1）具有在井下实时向喷雾管道中加入降尘剂的功能。根据文丘里原理设计泵吸装置，通过泵吸流量控制阀确定清水与
6、降尘剂的添加比例，只需水压作为动力就能满足自动加液混合的要求，不需要电力，不涉及防爆问题。 图1 管道自动加液混合装置示意图 （2）红外自动喷雾降尘装置 红外线监控架间喷雾系统主要由雾化喷嘴、红外线探头、控制器和电磁阀及管路组成，见图2。架前喷雾组和架后喷雾组都受同一个电磁阀控制，设置旁路手动开关，一旦控制器出现故障，可以手动控制架间喷雾装置继续工作。架前喷雾组管路上单独设置手动开关，上行割煤，移架放煤在下风侧时可以关掉架前喷雾，以免采煤机司机受到喷淋。连接喷雾组和水源的管路可以采用煤矿井下生产常用的胶管，通用性好，随时可以更换和补充。
7、 图2 红外监控自动喷雾系统示意图 当热释电红外线传感器探测到人体释放的红外线信号并传递给控制器后，控制器就驱动电磁阀打开喷雾水源，喷雾装置开始喷出水雾灭尘。这样，控制架间喷雾系统工作的开关就是操作人员的位置，见图3。红外线探测头安装在支架顶梁下面，探测方向对照支架后立柱中间位置，因为支架的所有操作手把都在两个后立柱的中间位置处，当支架工去操作手把移动支架或放煤时，支架工的手必然处在红外线探头的探测范围内，因而喷雾系统开始工作。当移架工操作完毕离开后，红外线源消失，控制器控制电磁阀关闭水源，喷雾装置即刻停止工作。
8、 图3 架间红外自动喷雾系统示意 为了彻底简化系统，每个支架仅设置一套监测控制装置，由一个电磁阀控制架前和架后的喷雾装置，喷雾系统工作时前后喷雾装置同时工作。架前喷雾的喷嘴安装在前立柱前面的前探梁下面的下风侧，因为移架时粉尘的产生部位主要是处在工作面主风流通道中的支架前半部的架间位置，产生的粉尘在风流作用下极易向下风侧空间扩散。另外，支架工操作时处在前立柱的后面，不会被喷出的水雾打湿衣服。移架时架后喷雾同时开启，可以对支架移动时架后顶煤跨落产生的粉尘进行沉降。架前喷雾不仅在支架移动时起到降尘作用，同时在主风流通道中形成雾幕，对采煤机组割煤时产生的、没有被机组内外喷雾
9、沉降的、随着空气流动飘散出来的粉尘起到沉降作用。 当放煤工操作支架放煤时，放煤工必须站在支架的两个后立柱中间来操作控制手把，这时放煤工的手处在红外线探头的探测范围以内，红外线探头探测到人体的红外线信号后，由控制器驱动电磁阀打开喷雾水源，架前和架后喷雾装置开始喷雾降尘。当放煤结束，放煤工离开该支架，控制装置驱动电磁阀关闭，切断水源，喷雾停止。放煤时架前喷雾装置也进行喷雾，可以在主风流通道中形成雾幕，阻挡和沉降主风流通道中的粉尘。如果处在上风侧，架前喷雾形成的雾幕可以对进入工作面的空气起到净化的作用。此外，还能对工作面作业空间起到增湿作用，有利于粉尘颗粒相互凝结增重，自行降落下来，达到降尘的目的
10、 3、煤尘抑制剂 依据化学作用机理不同，化学抑尘剂一般可分为湿润剂、黏结剂和吸湿剂三类，抑尘机理主要包括润湿、固结、凝饼三种作用。本项目产品是一种润湿型化学抑尘剂，其研发的依据是化学药剂改善水润湿粉尘原理。 湿润型化学抑尘剂由一种或多种表面活性剂组成，是由亲水基和疏水基组成的化合物。润湿剂溶于水时，其分子完全被水分子包围，亲水基一端被水分子吸引，疏水基一端则被排斥伸向空中，这样润湿剂物质的分子系在水溶液表面形成紧密的定向排列层(界面吸附层)，使水的表面分子与空气接触状态发生变化，接触面积大大缩小，导致水的表面张力降低，同时朝向空气的疏水基与粉尘之间有吸附作用，而把尘粒带入水中，使得粉尘
11、得到充分润湿。 本产品获得2010年北京海淀区创新资金（编号cx2010-19）和2011年科技部科技型中小企业技术创新基金资助（编号11c26221100182）。 项目预计完成时间2011年12月。 三、项目的经费预算 总经费概算：125万元 （1）提供煤尘抑制剂3000kg（稀释加液比例千分之一），单价30元/kg，计9万元。 （2）研制管道自动加液混合装置1套，6万元/套，计6万元。 （3）研制架间红外自动喷雾装置120套（含雾化喷嘴、红外线探头、控制器和电磁阀），0.7万元/套，计84万元。 （4）现场安装、技术指导、差旅费等8万元。 （5）项目报告编制、验
12、收等费用5万元。 （6）税费及管理费1~5项合计12%，为13万元。 四、项目实施的组织形式 （1）2011年1月至3月 前期工作准备，合作协议确定（是否能确定根据矿上具体情况而定）； （2）2011年4月至5月 管道加液装置研制。 （3）2011年6月至7月 红外自动喷雾装置研制。 （4）2011年8月 现场安装调试。 （5）2011年9月 反馈信息后改进。 （6）2011年10月 报告编写，准备验收。 华北科技学院主要参加人员： 姓名 专业 学历 职称 备注 凌标灿 煤矿地质 博士 教授 一级安全评价师 梁育龙 矿山机电 本科
13、 高工 二级安全评价师 马尚权 安全工程 博士 教授 一级安全评价师 孙志海 机电一体化 硕士 副教授 一级安全评价师 梁为 机械制造 博士 教授 常庆雪 矿山机电 本科 工程师 附件：1、合作单位基本情况 2、单位资质及相关证明材料（营业执照、法人证书、委托代理书、组织机构代码、税务登记证等） 11 项目名称 承担单位 合作单位 法人 企业性质 地址 企业规模 企业主要业务 主要业绩 注册资
14、本 资产总值 网址 红外自动喷雾及配套降尘设备研发 杨庚宇 事业单位 北京市石景山区五里坨南宫车站北石门路368号 1200人 高等教育、科学研究、科技咨询与开发、煤矿安全技术培训 在校本科生15000人，教授120人，教师900人。年科研经费4000万元。 34551万元 8亿元
15、 附件四： 方 案 论 证 人 员 情 况 表 单位： 序号 项目名称 拟合作方 本单位项目汇报人 合作单位名称 汇
16、报人 职称 职务 联系电话 姓名 职称 职务 联系电话 1 红外自动喷雾及配套降尘设备研发 华北科技学院 凌标灿 教授 所长 15901095667 任建平 助工 03563605296
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