遠程智能通風除塵系統(tǒng)在掘進巷道中應(yīng)用

魏振華

（大同煤礦集團朔州煤電小峪煤業(yè)有限公司，山西 朔州 038301）

1 概述

大同煤礦集團朔州煤電小峪煤業(yè)有限公司位于大同煤田中部的東南邊緣，地處懷仁境內(nèi)。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為1.2Mt/a，礦井開拓方式為斜井盤區(qū)式，分上、下兩個水平，第一水平為1110 水平，第二水平為1020 水平，現(xiàn)生產(chǎn)水平為1110 水平，回采煤層為山4#煤層。

2105 巷位于1110 水平一盤區(qū)北翼，巷道設(shè)計長度為1200m，巷道斷面規(guī)格為寬× 高=4.5×3.5m，掘進煤層為山4#煤層。2105 巷采用綜合機械化掘進工藝進行施工，截至目前巷道已掘進520m。

由于2105 巷掘進煤層為二疊紀下統(tǒng)山西組煤層，煤層發(fā)育不穩(wěn)定，成破碎狀，煤塵揮發(fā)性高，而且巷道平均掘進量為17.5m/d，導致巷道掘進期間粉塵濃度高，經(jīng)檢測最高粉塵濃度達314mg/m3。巷道掘進期間采用傳統(tǒng)的噴霧灑水進行降塵處理，但是該方式降塵效果差，自動化水平低，勞動強度大，造成采區(qū)靜壓水壓力降低、巷道積水量大等現(xiàn)象。對此，為了提高巷道防塵效果，研究設(shè)計了一套遠程智能通風除塵系統(tǒng)。

2 遠程智能通風除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

遠程智能通風除塵系統(tǒng)主要由兩部分組成：地面遠程監(jiān)控系統(tǒng)和井下除塵系統(tǒng)。

2.1 地面遠程監(jiān)控系統(tǒng)

地面遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面交換站、工業(yè)千兆以太網(wǎng)、主機操控系統(tǒng)等部分組成。

（1）地面交換站主要安裝在井口處，利用工業(yè)以太網(wǎng)及井筒內(nèi)安裝的信號接收器與井下交換站進行數(shù)據(jù)信號傳遞。

（2）主機操控系統(tǒng)主要由主機系統(tǒng)、顯示器、打印機等部分組成。主機系統(tǒng)安裝專用軟件，可通過顯示器顯示巷道內(nèi)粉塵濃度及除塵系統(tǒng)工作狀態(tài)。

2.2 井下除塵系統(tǒng)

2105 巷井下除塵系統(tǒng)主要由泡沫抑塵系統(tǒng)和高壓噴霧旋轉(zhuǎn)捕塵系統(tǒng)以及PLC 控制柜、井下網(wǎng)路交換站等部分組成。

（1）PLC 控制柜。PLC 控制柜主要進行數(shù)據(jù)采集、處理、分析以及轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)信號通過井下網(wǎng)路交換站傳送至地面。PLC 控制柜分別與泡沫抑塵系統(tǒng)和高壓噴霧旋轉(zhuǎn)捕塵系統(tǒng)連接。如圖1 所示。

圖1 2105 巷遠程智能通風除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（2）泡沫抑塵系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由80A 聯(lián)鎖開關(guān)、電控液閥、粉塵濃度傳感器、泡沫生成器以及螺旋高壓噴頭等部分組成。粉塵濃度傳感器動作保護范圍為60~120mg/m3。

（3）高壓噴霧旋轉(zhuǎn)捕塵系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由80A 聯(lián)鎖開關(guān)、電控液閥、5kW 潛水泵、旋轉(zhuǎn)水幕、粉塵濃度傳感器等部分組成。粉塵濃度傳感器動作保護范圍為30~55mg/m3。

3 遠程智能通風除塵系統(tǒng)工作原理

3.1 泡沫抑塵系統(tǒng)工作原理

（1）泡沫抑塵系統(tǒng)安裝在距工作面150m 處，系統(tǒng)中粉塵濃度傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)高壓噴頭前方5.0m 處。當施工巷道進行掘進機割煤時，通過聯(lián)鎖作用泡沫抑塵系統(tǒng)中粉塵濃度傳感器及時接通電源，進行巷道粉塵濃度監(jiān)測。

（2）當巷道內(nèi)粉塵濃度達到120mg/m3時，傳感器及時進行動作保護并將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至PLC 控制柜，控制柜接收數(shù)據(jù)信號后進行分析處理，并對80A 聯(lián)鎖開關(guān)發(fā)出“開啟”指令。

（3）聯(lián)鎖開關(guān)接收指令后及時對電控液閥供電，泡沫生成器進行工作，并通過螺旋高壓噴頭將高濃度泡沫噴出進行泡沫抑塵。

（4）當粉塵濃度低于60mg/m3時，傳感器再次將數(shù)據(jù)信號傳遞至PLC 控制柜，通過控制柜信號處理后及時將“關(guān)閉”指令傳送至聯(lián)鎖開關(guān)。聯(lián)鎖開關(guān)接收指令后切斷電控液閥電源，泡沫抑塵系統(tǒng)停止工作。

3.2 高壓噴霧旋轉(zhuǎn)捕塵系統(tǒng)工作原理

（1）巷道污風經(jīng)泡沫抑塵系統(tǒng)捕塵后，若風流中粉塵濃度高于55mg/m3時， 高壓噴霧旋轉(zhuǎn)捕塵系統(tǒng)中粉塵濃度傳感器及時將收集數(shù)據(jù)信號傳遞至PLC 控制柜并進行分析處理。

（2）PLC 控制柜對數(shù)據(jù)信號處理后，將“開啟”指令發(fā)送至聯(lián)鎖開關(guān)；聯(lián)鎖開關(guān)接收指令后及時打開電控液閥及5kW 潛水泵。

（3）潛水泵及電控液閥接通電源后及時對防塵水幕進行高壓噴霧，并形成連續(xù)的防塵水簾；捕塵后污水經(jīng)水幕底部過濾槽過濾后流入蓄水池。蓄水池內(nèi)水源通過潛水泵循環(huán)對水幕高壓供水。

（4）當粉塵濃度低于55mg/m3時，經(jīng)傳感器信號傳遞、PLC 控制柜處理，及時將“關(guān)閉”信號傳遞至聯(lián)鎖開關(guān)。聯(lián)鎖開關(guān)接收指令后切斷潛水泵及電控液閥電源，高壓噴霧旋轉(zhuǎn)捕塵系統(tǒng)停止工作。

3.3 地面監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

PLC 控制柜將巷道粉塵濃度、各降塵系統(tǒng)工作狀態(tài)如壓力、降塵時間、系統(tǒng)故障等轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號，傳遞至井下網(wǎng)路交換站。經(jīng)井筒信號接收器、工業(yè)千兆以太網(wǎng)傳送至井口網(wǎng)路交換站，然后利用信號電纜傳送至操控室內(nèi)的主機系統(tǒng)，并通過顯示器直觀地顯示出降塵系統(tǒng)工作狀況。操作人員可利用軟件界面按鈕對系統(tǒng)進行遠程控制。

4 結(jié)束語

遠程智能通風除塵系統(tǒng)，通過實際應(yīng)用取得了顯著成效。

（1）操作簡單，成本費用低。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，成本費用低，每套系統(tǒng)成本費用僅為1.4萬元。該系統(tǒng)故障率低，配件成本費用低，便于日常維護。

（2）降塵效果好。與傳統(tǒng)噴霧灑水相比，該系統(tǒng)實現(xiàn)多級降塵，粉塵濃度相對較高時采用泡沫抑塵，抑塵后再進行防塵水幕捕塵，大大提高巷道降塵效果。2105 巷在后期掘進期間經(jīng)遠程智能通風除塵系統(tǒng)降塵后，巷道粉塵濃度控制在30mg/m3以下。

（3）提高除塵自動化水平。該系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程除塵的目的，系統(tǒng)在運行過程中地面操控室只需一人值守即可。同時該系統(tǒng)可根據(jù)巷道內(nèi)不同粉塵濃度實現(xiàn)自動開啟、關(guān)閉。與傳統(tǒng)人工操作噴霧灑水系統(tǒng)相比，不僅降低了巷道勞動成本，而且提高了除塵自動化水平。