矿用自动洒水降尘装置在高突矿井中的技术研究与应用

【摘 要】矿用自动洒水降尘装置对煤矿井下煤尘和粉尘的防治工作具有十分重大的意义。本文通过对声控式和光控式洒水降尘装置的技术性能上阐述，着重介绍了由传感器、主控箱、执行元件等组成的矿用自动洒水降尘装置的技术应用，它对高突矿井煤、粉尘综合防治工作起到了很好的技术示范作用和具有技术推广的价值。

【关键词】自动洒水；传感器；粉尘危害；降尘效果

0 引言

随着我国综采、综掘机械化水平的提高，煤矿粉尘、煤尘污染问题尤为突出，已严重污染生产环境和威胁着职工身体健康。所以，国家对矿井煤尘、粉尘浓度的危害也越来越受到关注，对矿井煤尘、粉尘的防治要求也越来越高。按照《煤矿安全规程》的要求，在矿井主要运输巷、带式输送机斜井与平巷、上山与下山、采区运输巷与回风巷、采煤工作面与回风巷、掘进巷道、煤仓放煤口、溜煤眼放煤口、卸载点等地点都必须安设防尘设施。

目前，在矿井防尘设施中“矿用自动洒水降尘装置”显得尤为安全科学、技术先进和维护方便，它通常分为机械式洒水降尘装置和电子式洒水降尘装置，其中机械式洒水降尘装置使用于矿井早期，因机械碰撞、机件变形、松动而增加维修量，现处于淘汰产品，在这里不作赘述。电子式洒水降尘装置是近些年来随着本安型产品和电器件的不断研发而迎运而来，迅速在煤矿井下广泛应用。电子式洒水降尘装置根据功能和组成主要分为传感器式、联动式和网络式。这里侧重介绍传感器式中声控洒水降尘装置和光控洒水降尘装置，它们主要用于进（回）风巷、运输巷、采煤工作面、掘进巷道、装载点等主要产生煤尘、粉尘场所。

1 声控洒水降尘装置

1.1 用途

它主要用于矿井下炮采、炮掘工作面在放炮时洒水降尘的控制。装置利用声音控制洒水降尘，爆破声浪传至声控传感器，产生控制信号传至主机，由主机进行处理后，控制喷洒管路中电动球阀的开启与关闭，对工作场所进行降尘。

1.2 结构特征与工作原理

1.2.1 结构特征（见图1所示）

装置各组成设备的外壳均采用A3钢板焊接后加工而成，隔爆型结构安全可靠、坚固耐用。进线均采用压紧螺母式引入装置，接线方便。外壳的紧固件其头部具有受到冲击保护的护圈。

主机、电动球阀的内部采用机芯板结构，可整体脱卸，维修方便，传感器的内芯采用E44环氧树脂灌封。

图1 声控装置结构示意图

1.2.2 工作原理

装置在待机状态时，声控传感器输出低电平信号，主机控制的继电器处于断开状态，电动球阀关闭。当声控传感器接收到信号后，输出信号给主机，由主机进行信号处理后输入到CPU，CPU根据预先的设定，控制继电器接通，开启管路中电动球阀，进行喷洒降尘，在当声控传感器无信号后，按设定的延时时间计时，计时到则自动断开继电器，电动球阀关闭。该装置原理框图（见图2所示）

1.3 装置的电气性能

1.3.1 主要技术参数

（1）装置的电源电压： 127V、AC；

（2）装置水压适应范围： 0.2MPa～8MPa；

（3）装置适应电压波动范围：标称值的80%～120%；

图2 装置原理框图

（4）动作维持时间：150s，误差为每分钟±3s。

（5）功能

①装置处于工作状态，当声控传感器接受到信号后，主机应能打开电动球阀；

②声控传感器无信号后，经过150s（误差：±3s）的延时电动球阀应关闭。如需调整主机喷洒的延时时间可按动主机板上三位数码管下方的两个按钮进行时间的延长或缩短。

③喷洒的延时时间为倒计时。

1.4 安装使用方面

装置的安装和使用比较简单、方便。用户只要根据有关规定和要求，并根据现场供水干管、供电系统实际情况和除尘地点的实际情况安装水幕、主机、电动阀、传感器等即可。主机和电动球阀、传感器之间的电源，必须严格按照标示（见图3）进行连接，并仔细检查无误后送电，该装置就能正常工作。

1.4.1 主机与传感器的连接：

变压器的远端为传感器的接线端：主机的“1V-”、“2V+”对应接传感器的“V+”、“V-”（“+”为本安电源正极，“-”为本安电源负极）。传感器信号输出端“A/B”接主机“信号A”或“信号B”。

1.4.2 主机与电动球阀的连接

变压器的近端为电动球阀的接线端：打开电动球阀上盖，将四芯信号电缆接入主机，电动球阀的“1”、“2” 接主机内“球阀电源15V 1、2”，电动球阀的“3”、“4”接主机内“球阀控制 3、4”，两组线中的两根线不分正负极。

1.4.3 装置应安装在不会因炮蹦而损坏本装置的地方，但也不要过远，以免影响探测的准确性和除尘效果。

1.4.4 装置安装请注意调整声控传感器的控制灵敏度。

图3 装置接线图

2 光控洒水降尘装置

2.1 用途

它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洒水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。

2.2 结构特征与工作原理

2.2.1 结构特征（见图4所示）

装置也可以根据粉尘作业现场的具体情况和用户需求，设置2个以上的传感器或多道水幕，达到喷雾装置喷雾传感形式灵活多样，达到使用场所广泛降尘的效果更加理想效果。

图4 光控装置结构示意图

2.2.2 工作原理

装置中的电动球阀与供水主干管连接，将传感器安装于需要喷雾的范围两端，当传感器感应到人体的热释信号或光信号时，传感器输出信号给主机，主机即控制电动球阀关闭，水幕即停止喷雾洒水，待人员通过之后，主机经延时后继续打开电动球阀洒水，并按照设定的循环时间自动循环喷雾。该装置原理框图（见图5所示）

2.3 装置的电气性能

2.3.1 主要技术参数

（1）装置的电源电压： 127V、AC；

（2）装置水压适应范围： 0.2MPa～8MPa；

图5 装置原理框图

（3）装置适应电压波动范围：标称值的80%～120%；

（4）动作维持时间：1s～99min可调，误差不大于设定值的8%；

（5）工作方式：连续。

2.3.2 性能要求

（1）装置处于工作状态，主机应能通过发送器设定的停止和开启的时间，控制电动球阀定时开启和定时关闭。

（2）无人通过时，电动球阀处于常开洒水状态，若有人通过，电动球阀关闭，经延时后继续打开洒水。

（3）无人通过时，电动球阀按照设定的时间循环打开和关闭，若有人通过，电动球阀将关闭，经延时后电动球阀继续按照设定的时间循环打开和关闭。

（4）装置处于工作状态，主机无论出于何种工作状态，发送器均能对主机进行时间的设定。

按下发送器的“自检” 按键1秒后，均能使装置出于暂停工作状态，再次按下发送器的“自检” 按键1秒后，均能使装置解除暂停工作状态。

2.4 安装调试

2.4.1 安装

装置的安装和使用比较简单、方便。用户只要根据有关规定和要求，并根据现场供水干管、供电系统实际情况和除尘地点的实际情况安装水幕、主机、电动球阀、传感器等即可。主机和电动阀、传感器之间的连接，必须严格按照各个产品接线端子所标注的代号进行连接，电动球阀与主机的连接方法见“6.1.1”；传感器与主机的连接方法见“6.1.2”连接完成并仔细检查无误后方可送电调试，待调试正常后系统即可投入正常工作。

（1）电动球阀与主机连接：

打开电动球阀上盖，将四芯信号电缆接入四位端子排，电动球阀的“1”、“2” 接主机内“球阀电源”，“3”、“4”接主机内球阀“控制信号”，两组线中的两根线不分正负极。

（2）传感器与主机连接：传感器内的“V+”接主机内的“+极”，传感器内的“V―”接主机内的“―极”，传感器内的“信号”接主机内“A3”或“A4”。

2.4.2 调试

（1）“工作模式”的选择：

发送器对准主机的显示窗口，按发送器的“功能”按钮一秒以上放开，显示器首位为“0”并闪烁，说明已进入调试主机的工作模式，末位数字即为工作模式（出厂设置为4）；

（2）主机的延时时间：时间1。

①显示器首位为“1”并闪烁，说明已进入调试主机的延时时间，后三位为延时时间值，小数点为时间：分钟，小数点后为时间：秒

②按发送器的“上升”或“下降”，设定所需的延时时间

③按发送器的“功能”按钮，存储设定值

④若主机工作模式设定为“0”或“2”，进行自检后，进入到正常工作，如主机工作模式设定为“4”，则进入下一步。

（3）主机定时喷洒的停喷时间：时间2

①显示器首位为“2”并闪烁，说明已进入调试主机的定时停喷时间，后三位为延时时间值，小数点前为时间：分钟，小数点后为时间：秒

②按发送器的“上升”或“下降”，设定所需的定时停喷时间。

③按发送器的“功能”按钮，存储设定值。

（4）主机定时喷洒的喷洒时间：时间3

①显示器首位为“3”并闪烁，说明已进入调试主机的定时喷洒时间，后三位为延时时间值，小数点前为时间：分钟，小数点后为时间：秒

②按发送器的“上升”或“下降”，设定所需的定时喷洒时间。

③按发送器的“功能”按钮，存储设定值。

④进行自检后，进入到正常工作。

（5）装置由正常工作转换到暂停工作：在正常工作状态下，将发送器对准主机的显示窗口，按“自检”按钮1秒以上，主机的“电源”指示灯由常亮变为闪烁，则装置将停止洒水。

（6）装置由暂停工作转换到正常工作：在暂停工作状态下，将发送器对准主机的显示窗口，按“自检”按钮1秒以上，主机的“电源”指示灯由闪烁变为常亮，则恢复正常工作状态。

注意：在暂停状态，不论传感器有无输出，主机均不予响应，电动球阀始终处于关闭状态。

3 使用效果

3.1 该装置可根据巷道尺寸做一个合适水幕，水幕用高压水管与本装置的出水口连接。进水口连接主水管道；其传感器安装在巷道侧壁或顶壁，根据风向、风速等条件确定传感器与主机的距离长短；在喷雾时间上可以调整，通过电脑对主机PLC程序进行修改，即可实现喷雾时间的任意调整。

3.2 根据实际情况，来设定进行喷雾作业的时间段以及单次喷雾作业所持续的时间，如果回风巷道比较长，可以考虑设置多组净化水幕，最终达到降低回风巷内没尘浓度降低的目的。同时设有手动控制按钮，不需要喷雾作业时，可以关闭喷雾系统电源。

4 结束语

矿用自动洒水降尘装置在高突矿井中成功实施后，通过历时5个多月在井下的反复摸索试验，现已有200多台矿用自动洒水喷雾在公司高突矿井各条主运大巷及皮带头、尾处正常投入使用，它有效净化空气、煤尘，降低甲烷浓度和环境温度，有效杜绝了煤尘飞扬，从而消除了生产中的不安全隐患，给井下作业环境和生产一线职工的身心健康提供了安全性的技术保障，同时明显提高了井下煤尘、粉尘的综合防治水平，深受广大职工的一致好评。总之，它对高突矿井煤尘和粉尘综合防治工作起到了很好的技术示范作用和具有技术推广的价值。

【参考文献】

[1]赵铁锤.矿井粉尘防治技术[M].煤炭工业出版社，2007，8.

[2]杨亮.矿用自动洒水降尘装置的发展和应用[J].科技信息，2011（17）.