摘要：为了解决转载点粉尘污染问题,设计了胶带机转载点煤尘自动监测与喷雾降尘系统。此喷雾降尘系统采用先进的煤炭在线湿度测量技术,自动监测胶带机上是否有煤流及所运载的煤炭的湿度,依据煤炭湿度的大小合理地控制洒水量,因此实现干洒湿不洒,在确保防降尘效果的同时也大大降低了用水量,克服了以往因洒水过多而造成胶带打滑、运输巷道积水等一系列问题。
关键词：胶带机；转载点；煤尘;自动监测；喷雾降尘；粉尘浓度传感器；
对煤矿胶带机转载点附近粉尘污染严重的实际问题,设计了胶带机转载点煤尘自动监测与喷雾降尘系统。采用先进的煤炭在线湿度测量技术,自动监测胶带运载煤炭的湿度,根据煤炭湿度的大小合理控制洒水喷雾量,实现干洒湿不洒,在确保防降尘效果的同时大大降低了用水量,克服了以往因洒水过量造成胶带打滑、运输巷道积水等一系列问题,实现了井下防降尘智能、高效、合理的目的,在现场应用中取得了良好的效果。
一、系统设计思想
煤尘自动监测与喷雾降尘系统主要包括两个部分:煤尘浓度自动监测与喷雾降尘系统和煤炭湿度自动监测与喷雾降尘系统。煤尘浓度自动监测与喷雾降尘系统是利用胶带机转载点所处巷道煤尘浓度是否超限来对喷雾系统进行控制,由粉尘浓度传感器采集胶带机转载点附近巷道的粉尘浓度,传感器将所采集到的浓度信号经A/D转换后传递给单片机控制单元,经CPU计算和分析后确定煤尘浓度控制方案并予以实施。当煤尘浓度达到预先设定超限值时,发出指令信号,开启水电磁阀,开始喷雾;当粉尘浓度小于预定值时,控制单元则会发出关阀信号,切断水源,实现自动控制。煤炭湿度自动监测与喷雾降尘系统,则是利用胶带机上的煤流湿度大小及其是否工作(即有无煤流)来控制喷雾系统。由煤炭湿度传感器采集胶带机运载的煤流的湿度信号。煤炭湿度传感器将湿度信号经A/D转换后传递给单片机控制单元,经CPU计算和分析后根据煤流湿度的大小判断胶带机转载点附近的煤尘量。当煤流湿度小于预先设定值时,发出指令信号,开启水电磁阀,开始喷雾;当煤流湿度大于预定值或胶带机停止工作时(即无煤流),则CPU判读胶带机处于空载或停止状态,就会发出关阀信号,切断水源,实现自动控制。胶带机转载点煤尘自动喷雾降尘系统如图1所示。
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图1胶带机转载点煤尘自动喷雾降尘系统
二、胶带机转载点煤尘产生的原因
胶带机转载点是煤尘产生的一个连续点源,产尘量大、浓度高、强度大。
1.来煤水分含量低。当运行中的胶带上煤碳的含水量低于7%时,煤尘易飞扬。这是因为原煤失水后,煤质变脆易碎、机械性能下降。煤碳脆性越大其破碎性越强、机械强度越低,从而产生的粉尘也越多。
2.通风除尘系统不合理。胶带机转载点处实际通风效果较差,所设计安装的机械除尘系统不太合理。表现在以下两个方面:一方面引风能力不足并且漏风严重,无法形成合理的流场,导致含尘气体不能按预定密闭通道流动;另一方面部分转载点根本没有安装除尘设备,只是简单的将转载点进行部分封闭,造成了一部分粉尘外逸。
3.胶带机的机头、机尾的落差过大造成落煤运行速度大,胶带运行速度过大。煤流在下落过程中,剪切气流会使部分煤尘从煤流中扩散出来。当煤流从高处落到下面的胶带运输机上时,由于煤粉和气流的剪切作用,被煤流挤压出来的剪切气流会带着煤粉向四周扩散,从转载点的缝隙处飞出而转变为煤尘。胶带机运行速度过大时,原煤会在转载点处做抛物线运动,此时那些附着在大颗粒上一起作抛物线运动的粒径小于75μm的微小颗粒将长期漂浮于空气中而难以降落,从而形成煤尘。已经降落的煤尘,在其它较大煤块的冲击下会再次扬起,形成二次污染。
4.给料溜槽设计不合理。实际现场中多数给料溜槽的落煤高度过大,给料方向不合理。一方面容易造成撒煤和胶带跑偏,另一方面也加大了煤尘飞扬程度,从而加剧了煤矿井下的煤尘污染程度。
三、工作原理
将此系统的粉尘浓度传感器安装在运煤胶带或转载点上方,煤炭湿度传感器安装在运煤胶带上方或转载点处,粉尘浓度传感器采用光散射原理直接测量巷道粉尘浓度,测定数据就地显示,同时输出与矿井安全监测监控系统相适应的电流信号,供监测系统处理。湿度传感器通过轴向运动的探针与运行的煤炭在线接触,在监测是否有煤运输或转载的同时自动测量煤炭含水量,并根据煤炭湿度的大小通过自动防尘控制箱合理控制洒水喷雾电磁阀的开启或关闭,实现防降尘智能、高效、合理的目的。
四、煤尘自动监测与喷雾降尘系统设计
1.系统组成。此系统由KXJ-0.3/127(36)型矿用隔爆兼本质安全型电源控制箱、GCG500型粉尘浓度传感器、KPZ-C/B型矿用触控传感器(湿度型)、DF20/8型矿用隔爆电磁阀(或DFK20-10型隔爆兼浇封电磁控制阀)、GL/Y3/4-12P型矿用水质过滤器及T型传感器固定板等组成。
2.粉尘浓度传感器。该系统使用的GCG500型粉尘浓度传感器,采用光散射原理直接监测胶带机转载点所处巷道的煤尘浓度。该传感器主要由粉尘测量系统、抽气系统、粉尘过滤器、光源、光电转换器和控制电路组成。该传感器固定安装在作业场所(如转载点上方),所测数据就地显示,同时输出与矿井安全监测系统相适应的电流信号,供监测系统处理。该传感器测量快速、准确、性能稳定、灵敏度高、粉尘散射比例系数可进行设定。
3.触控传感器(湿度型)。KPZ-C/B型触控传感器(湿度型)利用连接它上面的探针对胶带机煤流进行湿度探测。探针距胶带表面5～10cm。传感器可与ZPD系列控制装置配接,对胶带机转载点进行降尘。当井下运输胶带或转载点输送煤炭时,探针对煤流湿度进行探测,若煤流湿度较小(干燥),触控传感器发出信号,主控制箱开启喷雾进行降尘。若胶带停运或煤流停止时,主控制箱经延时后自动关闭喷雾,喷雾延时可根据需要进行设定。如转载点有煤流但煤流湿度较大(潮湿)时,主控制箱关闭喷雾,实现干喷湿不喷功能,可合理控制喷雾洒水量,节约用水,防治煤炭含水量过大。同样喷雾延时时间可根据需要进行设定,设备配用开闭性能可靠、寿命长、不易堵塞的防爆电动阀。
4.雾化喷嘴及喷雾杆件。胶带机转载点煤尘自动喷雾降尘系统中采用具有双头导流芯的喷嘴,喷嘴芯与喷嘴体是间隙配合,为保持嘴芯不掉出来,喷嘴体另外增加一个压盖。而且如果喷嘴被煤粉或其它杂物堵塞,可人工拧下压盖取出喷嘴芯体,以方便进行清理。喷嘴的出口直径设计为1.4mm,这样不仅可以增大喷射出来的雾水扩散角,而且雾化效果也更好。实际应用中,煤矿井下运输巷道的宽度一般是4～5m,目前常用的胶带运输机胶带宽度一般有1.0m,1.2m,1.4m三种,而岱庄煤矿所使用的胶带机的胶带宽度为1.2m;井下静压水的压力一般在2～4MPa之间,而雾化喷嘴在该压力下雾化水的有效雾径为0.5～0.7m,因此仅使用一个喷嘴不足以覆盖整个胶带宽度,需要用喷雾管把喷嘴串联起来使用,以期达到最好的降尘效果。
5.技术指标。（1）额定电压:AC127V(+15%～-20%),50Hz。（2）功率消耗:≤50W。（3）湿度监测:0～100%。（4）浓度监测:0～100mg/m3。（5）喷雾量设定:大、中、小可选择。（6）运煤喷雾延时:8～15s可选择。（7）湿度达标停喷延时:3～5s可选择。（8）环境温度:-20～+40℃。（9）安装地点无剧烈碰撞和震动。
总之，在自动监测煤粉湿度的同时，利用GCG500粉尘浓度传感器监测带式输送机转运点巷道煤粉浓度。当浓度超过限值时，水电磁阀自动开启喷雾除尘。实现了智能、高效、合理的粉尘控制目标，并在现场应用中取得了良好的效果。
参考文献：
[1]张传萍.煤流自动喷雾洒水装置设计使用.2018.
[2]马亚力.浅谈胶带机转载点煤尘自动监测与喷雾降尘系统设计.2019.