綜采工作面智能通風除塵系統的應用分析

范云龍

（晉能控股煤業集團地煤公司，山西 大同 037000）

1 2618 工作面概述

晉能控股煤業集團地煤公司青磁窯礦2618 工作面位于井田406 盤區，東部為實體煤、靠近井田東部煤層露頭線，南部為實體煤及402 盤區大巷，西部為已設計的2618 順槽，北部為406 盤區大巷。

2618 工作面設計走向長度為1 200 m，傾向長度為180 m，回采11 號煤層，煤層傾角2°～6°，煤厚1.94 m，煤層頂底板巖性如表1 所示。據通風部數據可知，2618 巷瓦斯涌出量為0.36 m3/min，二氧化碳涌出量為0.26 m3/min。煤塵具有爆炸性，爆炸指數為34.63%，煤有自燃傾向性，自然發火期4～6 個月。

表1 2618 工作面回采煤層頂底板巖性表

2618 工作面采用綜合機械化回采工藝，由于回采的11 號煤層結構復雜、不穩定，采煤機割煤后煤體呈破碎狀，而工作面風速達2.0 m/s，在高速風流作用下產生高濃度揚塵，初期工作面在支架下方安裝噴霧裝置進行降塵，支架移架過程中灑水裝置損壞嚴重，降塵效果差。通過實測，工作面前期回采過程中的落煤點粉塵質量濃度達188 mg/m3、能見度不足15 m，嚴重威脅著工作面安全高效回采。

2 智能噴霧除塵系統的結構與功能

為了進一步提高工作面除塵智能化水平，降低工作面粉塵濃度，通過技術研究，對工作面采用了一套架間智能噴霧除塵系統[1-3]。

2.1 系統結構

架間智能噴霧除塵系統主要由防爆型電源控制箱、紅外線發射定位傳感器、電磁控制閥等部分組成。其中電磁控制閥數量根據工作面安裝液壓支架數量而定，2618 工作面共計安裝109 臺電磁控制閥，整體框架結構如下頁圖1 所示。

圖1 智能噴霧除塵系統各設備電氣連接示意圖

1）防爆型電源控制箱：該系統中的防爆型電源箱主要由1 臺AT89C52 主機控制，采用MAX1487E為通信接口，可對接120 個發射器，電源控制箱組成的差分平衡電路具有數據運輸速度快、能耗小、抗干擾能力強等優點；電源控制箱采用AC127 供電電源，電源模塊采用三種供電方式，即主5 V 供電片機系統使用，5 V 供通電系統使用以及12 V 電源供執行機構使用，供電方式相互獨立，從而有效保證各電路電氣相互隔離，同時可有效防止電磁干擾。

2）防爆電磁控制閥：防爆電磁控制閥具有通信、檢測、執行控制等功能，采用89C2051 型芯片作為控制閥MCU，其主要用于實時信息的發送，以及執行電源控制箱下發的各項指令；電磁閥驅動電路主要采用光電隔離固態繼電器設計方式，這就解決了傳統繼電器常出現的接觸不良的技術難題，采用純鐵作為閥芯，具有電磁轉換效率高、閥門關閉動作靈敏以及抗載荷能力強等優點。

3）紅外線發射定位傳感器：傳感器內部安裝了型號為NE555 芯片，采用117.5 Hz、300 Hz 以及500 Hz 三種波頻進行脈沖調制；為了便于在不同型號的采煤機上進行使用，傳感器主要采用36 V、127 V、220 V 三種電源進行供電；在實際應用過程中，傳感器主要利用IR333 發射管將定位信號實時發送至電磁控制閥接收器內。

2.2 系統主要功能

1）采煤機跟蹤定位功能：智能噴霧系統可通過紅外線來定位工作面采煤機割煤位置，準確控制架間噴霧。

2）數據采集集中控制功能：采用的電磁控制閥體積小、集成度高電纜連接方便，在實際應用中實現了數據通信、定位檢測及水流控制一體的目的。

3）動作指令集中控制功能：系統集中控制的電源箱是智能除塵系統的核心配件，電源箱利用電磁控制閥對采煤機實時位置信息進行采集，并對系統預先設置的參數及功能進行相應控制。

4）全斷面扇形噴霧功能：噴霧系統安裝在架間，根據采煤機采煤位置、采煤機量以及粉塵濃度實時調控噴霧狀態，實現了工作面全斷面扇形噴霧的功能。

3 實際應用效果分析

3.1 實際應用對比

截至2021 年4 月，經過4 個月的實際應用情況來看，與傳統噴霧裝置相比，該系統自動化水平高、降塵效果好[4]，分別對后期回采過程中工作面的落煤點、機道、卸載點以及回風順槽內的粉塵濃度采集情況進行對比分析，分析結果如表2 所示。由表2 可知，2618 工作面安裝了智能噴霧除塵系統后，工作面在后期回采過程中的工作面粉塵濃度大大降低，工作面能見度提高至50 m 以上，起到了有效的降塵效果。

表2 不同類型降塵效果對比分析表 mg/m3

3.2 智能除塵系統優點

1）2618 工作面采用智能噴霧除塵系統自動化水平高，根據采煤機采煤情況可自動進行降塵，無需人工干預，這樣便大大降低了工作面上人工降塵勞動作業強度[5]。

2）操作人員可對噴霧系統相關參數進行設置，如噴霧范圍、噴霧量等，從而減少工作面靜壓水損失，避免工作面應灑水量大導致工作面出現積水現象，提高工作面質量標準化水平。

3）該系統主要采用扇形噴霧除塵技術，噴霧時可利用強霧水幕對工作面端面進行封堵，從而大大提高工作面防塵效果。

4 結語

2618 工作面采用智能噴霧除塵系統后，成功解決了傳統噴霧裝置降塵效果差、自動化水平低等技術難題；該系統在運行過程中，通過定位裝置可實時監測采煤機割煤位置以及工作面粉塵濃度，從而自動開啟電磁控制閥，實現了工作面全斷面噴霧除塵的目的，降低了噴霧除塵人工作業強度；同時還可利用該系統中電源控制箱對系統灑水量、灑水地點進行設置、選擇，從而保證工作面高效的除塵效果，取得了很好的應用成效。