陈伟
扬州江隆矿业设备有限公司 江苏扬州 225000
摘要：随着煤矿开采强度、开采深度的增加以及机械化程度的提高，煤矿井下粉尘不仅对井下生产人员的人身健康危害极大。井下粉尘的沉积也会造成生产设备的磨损加剧，减少精密测量仪表的使用寿命。综采面尘源跟踪喷雾降尘系统产品的成功研制将为井下除尘提供了一套智能、高效、多用途、多功能的尘源跟踪喷雾降尘系统。文章从采煤机位置检测技术、隔爆型高压电磁阀以及高风速条件下高效降尘喷嘴三个方面阐述综采面尘源跟踪喷雾降尘系统的关键技术研究。
关键词：综采面尘源跟踪喷雾降尘系统；关键技术
煤矿产业中，井下粉尘是指弥漫在井下巷道、转载点、运煤路径等生产作业面中，长时间悬浮在空气中的煤尘颗粒。粉尘的产生在煤炭的开采运输过程中是不可避免的，但如何防止粉尘对生产环境安全和生产人员的安全造成危害，是煤矿安全生产中亟待解决的重要问题。综采面尘源跟踪喷雾降尘系统能够定位采煤机在工作面的运行位置，根据运行位置确定尘源所在位置，实现工作面的精准灭尘。
综采面尘源跟踪喷雾降尘系统除自动控制技术外，涉及的关键技术包括采煤机位置检测技术、隔爆型高压电磁阀以及高风速条件下高效降尘喷嘴。
1采煤机位置检测技术研究
综采面尘源跟踪喷雾降尘系统要求采煤机运行到工作面任一位置，安装在支架上的传感器均应可靠地识别到采煤机目标而非其他任何异物，并通过控制器控制喷雾的开启和延时。选取的传感原理必须满足井下恶劣条件下的使用，主要包括风流、水雾、湿度、粉尘、电磁波、可见光、煤壁片等因素的影响。
目前移动目标识别主要包括红外光控（对射）型、超声对射型、超声多普勒型、微波多普勒型以及无线射频等。在对各种传感器理论分析的基础上，针对超声波传感、无线射频传感、微波传感以及红外对射传感进行实验室模拟试验。根据试验结果，我公司以红外对射传感技术作为系统检测手段，同时为了提高传感器的可靠性，红外发射器内设置有编码器，红外接收传感器内设置与编码器相应的解码器，并采用多组发射和接收探头的结构。此外，针对传感器恶劣的工作环境，使用高性能的密封材料与保护镜面，在使用过程中只需定期对镜头进行清洁保养便可保证系统的正常使用。
通过实验室试验，在粉尘浓度为5000mg/m3的情况下，即使在喷雾、可见光等的干扰下，传感器有效探测距离仍然达到5m，动作灵敏，无误动作。
2隔爆型高压电磁阀的研发
目前矿用电磁阀及电动球阀适用水压范围普遍在6.3MPa以下，且后者使用寿命短，响应时间滞后15s左右，不能满足本系统的要求。适用于综采面尘源跟踪喷雾降尘系统高压喷雾的常闭式高压电磁阀，最高承压需要达10MPa以上。
我公司研制的新型防爆电磁阀主要由防爆壳、线包、线缆、阀芯、上阀体、中阀体、下阀体、主活塞、阀针和先导孔等部分组成。
我公司研制的新型防爆电磁阀具有以下几个方面的特点：
①承压可达到10MPa以上。采用先导式的结构，直流电流激磁方式，使用不锈钢活塞代替通用的先导式电磁阀的皮碗，使阀的承压能力大大提高；
②性能可靠，使用寿命长。不锈钢活塞上有一活塞环，该环是可伸缩的氟橡胶圈，由于氟橡胶圈在工作中同时受到径向压力，改变了以往活塞的受力状况，从结构和材质上解决了先导式电磁阀使用水压范围小以及高压关不住、低压打不开的问题，而且能够延长了阀的使用寿命，测试结果显示在10MPa时使用寿命超过了50000次。
③开启及关闭迅速。测试其开启时间0.48s，关闭时间0.74s，远远优于标准规定的电磁阀开启小于2s，关闭小于10s的要求。
3 高风速条件下高效降尘喷嘴的优化设计
利用有限元软件对不同风速、不同喷雾压力条件下的雾流形状进行模拟，发现高瓦斯、大风量工作面，风速高达4～5m/s，采用一般中、低压喷雾，喷雾雾粒运动速度低，雾粒粒径大，且受风流影响，喷雾的有效射程短，喷雾还没有到达尘源就迅速向下风扩散，喷雾降尘效果差。为此，研制了2种高风速条件下喷雾降尘用喷嘴，在设计上把喷嘴出口改成具有圆锥形过流断面的型式，改变喷嘴导流螺线的角度与数量，保证了喷嘴出口具有最大的流速、过水量和速度压头。在高风速条件下（4m/s），2种喷嘴均具有较强的抗风能力、足够的有效射程及良好的雾流性能（雾流形状、雾流水量分布、雾粒粒度分布、雾粒运动速度及雾流的荷电性）。
结语：综采面尘源跟踪喷雾降尘系统提高了防尘技术与降尘效果,能很好解决好井下粉尘的防治问题，能够极大地提高井下生产环境的安全性。同时也能够减少开采环境对生产人员的身体健康的危害,望综采面尘源跟踪喷雾降尘系统的研发技术得到推广，服务社会。