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矿井粉尘监控和高效治理技术的研究与应用

文档作者：赵彤宇刘生玉王凯文档来源： 1．郑州光力科技发展有限公司 2．双鸭山矿业集团公司通风管理部，		点击数：	更新时间： 2022年10月18日
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第15卷第5期(总第96期)
2010年10月
煤 矿 开 采
Coal mining Technology
Vo1．15No．5 (Series No．96)
0ctober 2010
矿井粉尘监控和高效治理技术的研究与应用
赵彤宇 ，刘生玉。，王 凯
(1．郑州光力科技发展有限公司，河南郑州450001；2．双鸭山矿业集团公司通风管理部，黑龙江双鸭山155100)
[摘要] 介绍了一种新型矿井粉尘监测和高效治理技术，实现了矿井粉尘浓度的在线连续监
测与控制，可将检测点的粉尘浓度实时传送至井上控制系统，实现了智能化煤矿粉尘治理，在粉尘浓
度超过设定的标准时，采煤机、掘进机X-作等状况下，可自动进行高压喷雾降尘，相比传统技术，除
尘效率提高了80％ 以上。
[关键词] 矿井粉尘；在线监控；高喷雾降尘；粉尘浓度传感器
[中图分类号]TD714．4 [文献标识码]B [文章编号]1006-6225 (2010)05-0098-03
Research and Application of Mine Dust Monitoring and Hi -efi ciency Prevention Technology
长期以来，粉尘治理始终是矿井安全生产的难
题之一。随着现代化矿井生产率的提高，粉尘问题
也越来越严重，大量粉尘沉积于井巷四壁，或悬浮
于井巷空间，具有很大危害性，煤矿工人长期吸
人，轻者会患呼吸道疾病，重者会患矽肺病。煤尘
还具有爆炸性，给煤矿安全生产带来很大的威胁。
煤尘浓度较高时会降低作业场所的能见度，导致误
操作，增加工伤事故的发生。另外，还会加速机械
的磨损，缩短精密仪器、仪表的寿命。因此，世界
各国纷纷制定严格的粉尘浓度标准，以此维护工人
身心健康和矿井安全。机械化采煤工作是采矿最大
粉尘来源之一，保护工人健康，维护环境的重要性
是仅次于瓦斯治理的一项工作。基于以上原因，本
公司进行了大量市场调研和科技、经济力量投入，
具有针对性解决采煤降尘治理工作。
1 高压雾化除尘机理
煤矿井下主要的污染来自煤尘的污染。由于矿
井采煤、掘进、运输等主要环节都会引起煤尘污
染，并且井下通风条件比较差，工作空间比较小，
所以井下局部地区空气中煤尘浓度会很高。
高压喷雾降尘装置的降尘机理是雾滴对粉尘碰
撞、拦截和捕获，使雾滴与尘粒凝聚，密度增加而
加快沉降。高压水雾速度高，喷嘴出口处的水雾速
度达20～30m／s，有效与粉尘颗粒碰撞，凝固；水
雾颗粒小，大部分水雾颗粒控制在50lxm左右，最
小为20～301xm，最大为100～150txm，小水雾容
易沉降对人体危害严重的呼吸性粉尘；水雾的分散
性好、覆盖面大，有利于提高粉尘与水雾的碰撞几
率；水雾的电离子数量明显增加，其与粉尘颗粒的
电荷产生相应的电荷效应，增强了粉尘颗粒的吸附
性能而凝固沉降。
2 煤矿粉尘监控和治理装置的工作原理
该装置由粉尘浓度传感器、井下分站、主控制
器、电磁启动器、隔爆高压水泵、过滤器、高低水
位自动控制器、高压胶管和雾化喷头等组成，如图
1所示。
— — —— — 、， — — —_ _／ —
放置于设备列车上放置于采煤机
电缆槽内
安装在采煤机E
图1 粉尘治理装置总体结构
该装置通过粉尘浓度、光控、触控、声控、开
停等传感器向主控制器发出信号，控制高压泵的喷
雾和停止，实现了煤矿粉尘浓度的在线连续监测与
控制、与采煤机或掘进机的联动降尘和保护通过人
员的功能。当作业场所粉尘浓度超过设定标准值
时，通过粉尘传感器向主控制器发出信号，控制降
尘装置的喷雾，实现了粉尘浓度的在线连续定量监
测与控制。当采煤机或掘进机工作时，开停传感器
向主控制器发出信号，控制降尘装置的喷雾，实现
[收稿日期]2010—04—09
[作者简介]赵彤宇(1967一)，男，河南平顶山人，硕士，高级工程师，郑州光力科技发展有限公司董事长，从事经营管理和技术开发。
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赵彤宇等：矿井粉尘监控和高效治理技术的研究与应用 2010年第5期
了喷雾装置与采煤机或掘进机的联动。当喷雾区域
有人经过时，光控传感器向主控制器发出信号，控
制降尘装置停止喷雾；当工作人员离开喷雾区域
时，如果此时粉尘仍然超标或采煤机掘进机仍在工
作，则可继续启动喷雾装置。
3 装置的安装与使用
粉尘浓度传感器是该装置的重要组成部件，
CGCIO00粉尘浓度传感器是利用p粒子三极电离
测尘技术研发出的最新一代可在线连续监测粉尘浓
度的传感器，该测尘技术已获发明专利。测量出的
粉尘浓度值不受粉尘颗粒的物理化学性质影响，不
受被测气体流速、温度影响，可长期不间断进行粉
尘监测，测量准确性高，长期稳定性好，维护工作
量小。
传感器的测量范围0．01～1000mg／m ，在量程
范围内可任意设定标准值。只要粉尘浓度达到设定
值就会输出控制信号。根据井下不同的地点对粉尘
浓度要求不同，可以设定不同的标准值。因此，该
装置适用于井下各处产尘点自动控制洒水降尘。
该装置可以设置在采煤机上(见图2)，对滚
筒采煤时产生的粉尘及时治理。对采煤机自动检
测，实时感应采煤机工作状况，自动加压，通过管
路输送到设置在采煤机上的喷头，合理均布分散水
雾，使喷雾压力达到8—12．5MPa，流量达到4O一
80lMmin，有效射程≥6m，流速3～8m／s。既克服
了喷雾压力、流量不足问题，又同采煤机冷却电机
水路分离，通过设置在采煤机上的专用喷头，具有
针对性地对产尘区域包裹喷雾。采煤机工作时，在
距滚筒下风向10m左右粉尘浓度小于200rag／m ，
降尘效果(试验前后、狈0试对比结果) ≥80％ ，能
见度50m 以上。该装置电压适用范围为36V，
127V，380／660V，660／1140V等；传感器可以通
过感应电流、粉尘浓度、触控、光控、遥控、开关
等形式控制设备开停。当主机接收到传感器的信号
后，发出控制信号到控制器、电动阀，控制器启动
电机电源闭合，电动阀控制水箱水量，反之水箱通
过水位变化反应控制电动阀关闭， 同时加压泵启
动，管路升压，喷头可以设置多个不同型号喷嘴，
调节喷雾效果。
该装置也可以设置在掘进机上(见图3)，使
掘进过程中产生的粉尘进行沉降。对掘进机自动检
测，实时感应掘进机工作状况，自动加压，经过管
路输送到设置在掘进机上的喷头，即克服了喷雾压
力、流量不足问题，同掘进机水路分离，通过喷头
图2 采煤工作面自动高压喷雾降尘装置系统
具有针对性地对截齿圆周包裹喷雾降尘。掘进机工
作时，在司机处粉尘浓度小于200mg／m ，降尘效
果(试验前后测试对比结果)>180％ 。
图3 掘进工作面自动高压喷雾降尘装置系统
另外在巷道，尤其是采煤工作面的回风巷道
口，粉尘浓度都比较高，设置该装置后，回风巷粉
尘浓度可以大大下降。其他如煤仓装煤口、卸载
口、转载口等产尘点都可采用。
4 煤矿现场试用情况
在双鸭山煤业集团新安矿井下一500m的采煤
工作面和一350rn的掘进工作面进行试用，工作面
的环境参数为：净断面11．5m ；采用压入式局部
通风，回风400～600m ／min；利用现有矿井安全
监控系统的传输线路，经过3个月的现场使用，效
果明显，达到了预期目的。
(1)实现了监测地点粉尘浓度实时传输到地
面中心站，可随时掌握监测地点粉尘浓度变化。
(2)粉尘浓度达到设定数值时，实现自动喷
雾降尘。
(3)粉尘浓度达到设定值时，自动切断被控
设备电源，地面中心站通过断电控制器可以监测供
电状态。
(4)通过现场测定，监测地点粉尘浓度达到
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总第96期 煤 矿 开 采 2010年第5期
或超过规定限值(5／30)的时间大幅度缩短，次
数减少，持续时间短。
测尘位置为综采机和掘进机司机位，分别为7
次。项目实施前后粉尘浓度实测结果如表1和表2。
从表1、表2测量数据可以发现：本项目实施
前，由于综采机、综掘机除尘效果不好，不同时间
表1 项目实施前粉尘浓度 mg／m
段的产尘变化很大，没有规律；项目实施后，除尘
效果显著，不同时问段在司机位测尘，无论是全尘
浓度还是呼尘浓度显著下降，测量值差距不大。
从表1，表2可以看出，项目实施后，综采司
机位全尘及呼吸性粉尘平均浓度分别下降81．7％
及85。l％ ；掘进机司机位分别下降83．9％ 及
80．9％
5 结论
从试验现场实测数据可以看出，高效喷雾降尘
-- +-
(上接27页)
机巷，继续搭接在转载机上。由于机头上窜，在机
巷转折处向工作面内进行适当扩帮，将40~2kW刮
板机向上靠，没有影响工作面两部车正常搭接。
(2)防止液压支架挤架、倒架旋转回采期
间，支架将不可避免地出现支架咬架、爬架、歪
架、支架下滑等现象，拉架人员必须及时调架，用
单体支柱配合调架千斤顶及时进行调架，调架时，
支架尾梁尽量向机巷方向靠，避免支架调斜和尾粱
插入后部刮板输送机，移架和调架时，人员必须站
在安全地点。
(3)防止输送机上窜下滑 旋转回采期间，
工作面刮板输送机将会出现一定程度的下滑，因
此，抵车时必须是单向抵车，从下向上抵，严禁从
上向下抵，同时，机巷下帮进行不同程度扩棚，转
载机尽量向下帮靠，确保工作面刮板输送机和转载
机的搭接合理。过了机巷拐点以后，要及时调整抵
车方向，从上向下抵，防止工作面刮板输送机搭不
上转载机。
】00
系统使得工作面各个部位的降尘率比原有喷雾系统
的降尘率都有显著的提高；机头喷雾的雾化效果
好，基本形成包围滚筒和掘进头的旋转水雾；雾体
的速度比较高且密度大，同时又不扩散防碍司机的
视线；阻尘雾柱在使用井下静压水的情况下，仍然
能保证优良的雾化效果，尤其是选定的喷射角度合
适，使得雾体基本在2m处开始覆盖断面，并能保
证5m左右的雾柱，达到很好的阻尘效果。
[责任编辑：邹正立]
u + “+ -- — “+ 一+ + ”+ n+ 一+ “+ 一十”+ ．-——
4 结论
(1)871综放工作面实现了安全旋转开采，旋
转回采期问的产量为正常回采期间的87％ 左右，
达到了良好的效果。
(2)871综放工作面旋转开采的成功实施，减
少了工作面的搬家次数，多回收了煤炭资源
219784．5 t，创造利润4490万元；实现了工作面的
连续推进，为复杂地质条件下回采工作面布置及开
采积累了宝贵经验，创新了开采工艺，锻炼了职工
队伍，提高了复杂条件下管理水平，取得了显著的
经济、社会效益。
[参考文献]
[1]吴土良，安伯超．综放工作面扇形区域调采工艺研究[J]．
山东科技大学学报(自然科学版)，2007，26(1)：4-7．
[2]刘锋，郑召强．工作面旋转回采技术研究[J]．煤炭工程，
2009 (12)：47—48．
[3]徐新亮，裘世军．大幅度调斜技术在综采工作面的应用[J]．
煤矿开采，2008，13(6)：26—27． [责任编辑：王兴库]

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