综采工作面随机自动喷雾系统的应用与推广

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【摘 要】煤矿井下作业对矿工身体危害最大的因素是瓦斯和煤尘。瓦斯和煤尘爆炸是众所周知的矿难灾害，而长期在煤尘环境的综采工作面工作的矿工慢性病——尘肺病以往不被人关注。煤矿工人常年在含有煤尘、岩尘的环境中作业，吸入含有游离二氧化硅（SiO2）和煤尘的量大大高于正常人群。SiO2和煤尘颗粒吸入肺泡后，被肺巨噬细胞所吞噬，巨噬细胞发生自溶，受损或自溶破坏的巨噬细胞释放纤维化形成因子使纤维母细胞增生，致胶原纤维形成；SiO2颗粒和煤尘颗粒蓄积在组织间隙内形成巨噬细胞肉芽肿，最终造成双肺弥漫性的煤肺矽结节和弥漫性肺纤维化，出现咳嗽、咯痰、胸痛、胸闷、气急、呼吸困难，严重时影响肺功能，丧失劳动能力。2001年全国职业病发病情况通报中指出，直至2001年，我国尘肺累积发病人数为56.9万例，尘肺病现患者43.3万例，尤其严重的是全国现有60万左右例的可疑尘肺病病人，是构成新发病例的主要因素。尘肺病不但威胁患者的生命和健康，还给国家经济造成巨大损失。据不完全统计，尘肺病每年造成的直接经济损失可达80亿元之巨。因此，尘肺病越来越得到全社会的高度重视。

综采工作面是井下的主要产尘区域，综采工作面的降尘尤为重要。目前综采工作面降尘的措施主要有采煤机内、外喷系统，煤层注水，放煤口喷雾系统，支架移架喷雾系统。本文提出对综采工作面加装随机自动喷雾装置以大幅度提高降尘效率。

【关键词】降尘；采煤机内；外喷雾系统

1、综采工作面煤机内、外喷雾系统现状

当前，综采工作面降尘方法都是控制采煤机内、外喷雾来实现的。采煤机割煤作为综采工作面的主要尘源之一，约占综采放顶煤工作面产生总粉尘的60%。采煤机处于综放工作面主风流中，采煤机滚筒割煤产生的粉尘极易随风流向人行道方向扩散，污染作业环境。采煤区机组内外喷示意图如下：

目前，采煤机都有内外喷雾系统，但在实际生产过程中，由于内外喷雾受现场实际条件的影响，发挥效果不好，原因是采煤机内外喷雾系统的密封易漏水，喷嘴易堵塞，有的采煤机螺旋叶片下方水路的过水断面积不够，供水不足等，都不能很好的发挥降尘、除尘作用，并且受水压影响较大，其水压要求不小于3.5MPa，而实际中采用的是电机冷却用水，其水压小于2MPa，所以容易造成喷嘴堵塞，而影响喷雾。

2.综采工作面随机自动喷雾装置

2.1 综采工作面随机自动喷雾装置组成

综采工作面随机自动喷雾装置的每组喷雾由主机（矿用PLC）、粉尘传感器、电磁阀、喷头、管路等组成。由电磁阀控制喷头，主机通过中间继电器控制电磁阀；电源是交流电127V（用工作面照明电源）。

2.2 综采工作面随机自动喷雾装置的安设方法及原理

安设方法及原理：液压支架每组长度1.5m，因此喷头安装从工作面进风口处开始每3架1组喷头进行排列（喷头安装固定在前探梁上），要求安装2组喷嘴即可覆盖采煤机割煤区域。每两组喷雾由一个电磁阀控制通断。当采煤机经过自动喷雾点的位置时，采煤机割煤时产生大量的煤尘，对应的粉尘传感器将信号传输到可编程控制器。此时，采煤机经过区域的两组喷嘴开始喷雾降尘。当采煤机到达下一个自动喷雾点时，上两组喷嘴停止喷雾。系统控制核心为PLC控制，具有可控制性好，故障率的特点，便于调试。

此系统需考虑的因素：

2.2.1工作面风速

工作面风速如果过大，则会影响粉尘传感器对粉尘的探测，会造成喷嘴喷雾的延时或者滞后。如果风速过小容易造成综采工作面通风不畅，有害气体累积。

2.2.2传感器精度的选择

综采工作面生产时，整个工作面均有煤尘，煤尘浓度不一，所以传感器设置的动作值尤为重要。

2.3 综采工作面随机自动喷雾装置设计实例

以我公司2180（10）工作面为例，采面长度为100m左右，液压支架一组为1.5m，整个采面有液压支架83组，所需喷雾点个数为30个，所需粉尘传感器为15个。各个采煤工作面采面长度不一，故而本文以以12组架子18m的长度为例设计随机自动喷雾装置并分析该系统在我公司应用的可行性。12组架子需要传感器2个，其I/0分配表如下：

I/0分配表

I0 传感器1 Q0 中间继电器KA1

I1 传感器2 Q1 中间继电器KA2

其控制电路如图2：

控制梯形图如图3：

程序为： LD I0

OR Q0

ANDN Q1

OUT Q0

LD I1

OR Q1

ANDN Q0

OUT Q1

运行说明：当采煤机通过第一组架子时，传感器将开关量输入PLC输入点I0，IO常开触点闭合，中间继电器KA1带电，继而使KA1对应的电磁阀打开，开始自动喷雾。当采煤机通过第四组架时，传感器2将开关量输入PLC输入点I1，使得中间继电器KA2带电，继而使KA2对应的电磁阀打开，开始自动喷雾，同时Q1常闭触点断开，中间继电器KA1断电，1组到3组架子段自动喷雾停止。

2.4 设备选型

传感器型号可采用矿用GC1000J型。所有PLC型号为KXJ140（50）/127（660），具体参数为：本安开关量输入：16点，无电位接点输入（可扩展）；非本安开关量输入：5点，无电位接点输入（可扩展）；本安开关量输出：12点，常开接点输出（可扩展），接点容量：DC30V/1A或AC250V/1A（阻性负载）；非本安开关量输出：6点，常开接点输出（可扩展），接点容量：DC30V/5A或 AC250V/5A（阻性负载）。PLC输入输出点均可以扩展，故而可以基本满足我公司综采工作面对本随机自动喷雾装置对PLC输入输出点要求。电磁阀采用DFH20/7矿用本安型电动球阀。

2.5 综采工作面随机自动喷雾系统应用的可行性

综采工作面随机自动喷雾系统的应用，可以进一步降低采面空气中的粉尘浓度，提高采面的可见度，在健康方面改善了综采工作面的工作条件，也降低了因为可见度的问题存在的事故隐患。而在实际应用中要注意解决下面的问题：首先要注意系统喷雾管路及控制线路的安装，确保在采面移架过程中不会对系统造成损坏。其次由于综采工作面的高度不一、具体情况不尽相同。如果在过低的综采工作面，使用这种系统，喷头安装高度不够，则其覆盖的喷雾有效范围就会减少。