礦井智能噴霧降塵系統研究

崔 偉

（陽泉煤業集團華越機械有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

煤礦在開采過程中會產生大量的粉塵，其不僅對煤礦工人的身體造成較大的危害，還具有爆炸性，造成重大的安全事故。因此，對于礦井生產過程中產生的粉塵必須降低濃度?，F階段礦井主要采用濕式除塵，水能濕潤粉塵，增加塵粒重力，并將細散的塵粒聚合為較大的塵粒，使浮塵加速沉降，落塵不易飛揚。隨著“智慧礦山”的開展，礦井噴霧降塵裝置也走向智能化。與以往的降塵裝置相比，智能噴霧降塵裝置采用網絡系統化管理，不但能實現井下實時監測還可進行自動噴霧降塵，實現綜合治理井下粉塵在巷道中擴散的問題，從而能極大程度的提高降塵效果，改善井下環境[1]。

1 負壓誘導除塵

礦用負壓誘導除塵系統主要包括大巷負壓誘導自動灑水裝置、皮帶轉載點負壓誘導自動灑水裝置、掘進機內外負壓誘導噴霧降塵裝置、工控機、顯示器、電纜等，如圖1所示。該系統采用集散控制，由多臺噴灑控制器連接到集中控制器構成井下信號采集除塵系統單元，該系統單元由集中控制器集中管理，可井下獨立運行。集中控制器配備以太網接口，能與井下以太環網交換機相連，通過環網將系統各種狀態及參數傳送到井上，實現地面監控。控制器顯示采用液晶大屏幕漢顯，多種參數、噴灑方式可用遙控器在井下隨意設定，根據需求控制器可通過配接不同的傳感器構成多種系統，真正做到智能化[2]。

1.1 井下系統工作原理

1.1.1 大巷負壓誘導自動灑水裝置

大巷負壓誘導自動灑水裝置用于人機大巷等場所，可根據現場的實際情況設置理想的定時噴灑時間，本裝置每天最多可設置多個時間段自動噴灑。紅外人感傳感器感應到行人、車通過時停止噴灑。控制器配置兩只光控傳感器，利用高速汽霧射流在射流周圍形成負壓的機理除塵，每一個噴頭可以在以噴頭為圓心直徑1 m的范圍內形成負壓區，將帶塵的空氣吸到霧柱內，小霧粒擊中霧柱內的粉塵將其捕捉濕潤，使其降落。如圖2所示，圖中L1由行人或車的速度及風速來確定，一般為50～100 m，L2由行人或車的速度來確定，一般為20～50 m。

圖1 礦用負壓除塵系統示意圖

圖2 大巷負壓誘導自動灑水裝置示意圖

1.1.2 皮帶轉載點負壓誘導自動灑水裝置

皮帶轉載點負壓誘導自動灑水裝置用于井上、井下皮帶運輸機運輸物料時，對煤流及皮帶轉載點所產生的煤塵進行自動噴霧除塵。當皮帶運輸機有煤流通過時，觸控傳感器發送信號觸發控制器工作，打開電動球閥自動噴灑，無物料時，延時一段時間后停止噴灑。同時，也可設置為定時噴灑，利用高速汽霧射流在射流周圍形成負壓的機理除塵，每一個噴頭可以在以噴頭為圓心直徑1 m的范圍內形成負壓區，將帶塵的空氣吸到霧柱內，小霧粒擊中霧柱內的粉塵將其捕捉濕潤，使其降落。如圖3所示。

圖3 皮帶轉載點負壓誘導自動灑水裝置示意圖

1.2 井上監控系統

該系統可以通過設置設備參數自動控制噴灑設備控制巷道粉塵濃度及其它相關功能。并實時監控集中控制器采集來的相關數據，也可以形成歷史數據庫，供用戶查詢。該系統分為八大功能模塊：巷道監控、參數設置、粉塵濃度曲線、傳感器工作狀態、噴霧效果、故障查詢功能，如圖4所示[3]。

圖4 井上監控系統示意圖

巷道監控視圖分為五個功能區，標題欄、控制器分布圖、粉塵濃度曲線圖、傳感器狀態、故障報警提示區域?？刂破鲄^域，顯示控制器在巷道中的分布圖、控制器編號?？刂破鞯膰婌F狀態。每個圖片代表一個噴灑點，可以看出噴灑點的序號，噴灑狀態，并可控制噴灑點的噴灑狀態。點擊后顏色變深，代表處于強噴狀態；如果處于噴灑狀態會出現動態的水柱。粉塵濃度曲線，顯示當前巷道中的實時粉塵濃度值。傳感器狀態區域，顯示最多三個巷道中的數據。包括粉塵濃度實測值，溫度信號、煙霧信號、觸控信號以及當前的噴灑效果。如果出現溫度、煙霧、觸控、紅處報警信息相應的會動態提示，點擊可以查看詳細信息。報警提示區域，顯示井上、井下的通訊狀況[4]。

該系統有主要對巷道中集中控制器的每個對應參數進行設置的模塊。其中，參數包括紅外傳感上風端噴霧量L0、紅外傳感下風端噴霧量L1、人經過停噴時間T1、上風端觸控傳感器與噴灑點間隔L2、下風端觸控傳感器與噴灑點間隔L3、上風端煙霧傳感器與噴灑點間隔L6、下風端煙霧傳感器與噴灑點間隔L7、上風端溫度傳感器與噴灑點間隔L8、下風端溫度傳感器與噴灑點間隔L9、上風端粉塵傳感器與噴灑點間隔L4、下風端粉塵傳感器與噴灑點間隔L5、粉塵濃度設定值C1、循環噴灑開始時間、循環噴灑結束時間、循環噴灑打開時間T2、循環噴灑關閉時間T3、循環噴灑噴霧量M、循環噴灑間隔量N、總噴霧點數據、運行狀態。

2 綜采工作面智能噴霧降塵

綜采工作面在回采過程中采煤機割煤、移架以及放頂煤時會產生大量的煤塵，綜采工作面智能噴霧降塵裝置系統可以在移架、放頂煤時實現自動噴霧降塵[5]。

2.1 井下裝置性能

2.1.1 隨采煤機聯動定點噴霧降塵功能

當煤機割煤移動過程中，裝在煤機上的紅外位置傳感器可根據移動方向和位置，向控制器發射信號?？刂破鞲鶕@些信號，計算出水幕的位置，控制相應的電動閥，在采煤機的下風端形成數條水幕隨采煤機移動，同時打開水幕的條數（n2=1～3）、水幕距離采煤機的間隔（L=1～3）、噴灑時間（d3=6～600 s），根據現場情況可在控制器上或通過集中控制器用紅外遙控器設定。從而對采煤機作業產生的大量粉塵進行有效的阻隔和降塵，實現采煤機、架間噴霧聯動。

2.1.2 移架自動噴霧除塵功能

當移架時，操作液壓手柄，裝在手柄上的磁控發射器（或壓力控制發射器）工作，向控制器發射無線觸發信號，控制器收到經過編碼的信號后，控制移動作業支架下風端水幕打開，延時噴灑降塵。煤機下風端可以同時打開水幕條數（n1=1～3）、噴灑時間（d1=6～600 s），用戶可根據現場情況在控制器上或通過集中控制器用紅外遙控器設定。

2.1.3 放頂煤自動噴霧除塵功能

當放頂煤時，操作液壓手柄，裝在手柄上的磁控發射器（或壓力控制發射器）工作，向控制器發射無線觸發信號，控制器收到經過編碼的信號后，控制放頂煤作業支架下風端水幕打開，延時噴灑降塵。煤機下風端同時打開水幕條數（n1=1～3）、噴灑時間（d2=6～600 s），用戶可根據現場情況在控制器上或通過集中控制器用紅外遙控器設定[6]。

2.2 井上監控系統

井下控制器預置485通訊接口，可與系統中的集中控制器進行通訊。各種參數通過集中控制器設置，同時集中控制器還可將工作面移架、放煤、采煤機位置等參數通過井下環網傳到井上，實現井上監控。

3 結語

礦井智能噴霧降塵系統的成功運用，在實際工作中適時監控粉塵濃度，實現自動噴霧和報警、遠程控制，使粉塵危害得到有效控制，降塵、除塵效果顯著。