人工智能技術在煤礦巷道水霧除塵設備中的應用

摘要：煤礦巷道是粉塵積聚和擴散的主要場所，對煤礦生產安全及礦工的健康造成嚴重影響。傳統的巷道水霧除塵設備存在除塵效果不佳、能耗較高等問題，將人工智能技術應用于設備改進中，有助于使得設備更加智能化，提高其水霧除塵效果。本文基于傳統巷道水霧除塵設備存在的局限性，就人工智能技術的具體應用展開探討，旨在豐富設備應用功能，推動煤礦行業持續化發展。

關鍵詞：人工智能技術；煤礦巷道；水霧除塵設備

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.02.040

中圖分類號：TD 82；TP 18" " " " " 文獻標志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）02-0-03

Application of Artificial Intelligence Technology in Water Mist Dust Removal Equipment of Coal Mine Roadway

HU Shiqi1， ZHAO Menghao2

（1. National Energy digital Intelligence Technology Development （Beijing） Co.， Ltd.， Beijing 100089， China;

2. National Energy Xinjiang Tunbao Mining Co.， Ltd.， Urumqi 830000， China）

Abstract： Coal mine roadway is the main place of dust accumulation and diffusion， which has a serious impact on coal mine production safety and miners' health. The traditional water mist dust removal equipment of roadway has the problems of poor effect and high energy consumption. The application of artificial intelligence technology in the improvement of equipment will help to make the equipment more intelligent and improve the effect of water mist dust removal. Based on the limitations of traditional water mist dust removal equipment in roadway， this paper discusses the specific application of artificial intelligence technology in order to enrich the application functions of equipment and promote the sustainable development of coal mine industry.

Keywords： artificial intelligence technology; coal mine roadway; water mist dust removal equipment

傳統巷道水霧除塵方法一般是采用噴霧設備進行噴灑，將水霧細化成微小的水滴，其能夠和懸浮在空氣中的粉塵顆粒結合，如此達到除塵的作用。但是，受多方面因素的影響，傳統設備使用存在諸多局限性，相應的除塵效果并不好。新時代，各類智能化技術層出不窮，為了能滿足煤礦的需求，可以對傳統設備進行優化更新，從多個層面著手，對功能進行豐富升級并采用自動化控制手段等，切實有效地提高設備使用性能，不僅能進一步提高煤礦的安全水平，輔助作業效率提升，還能降低礦工的健康風險。

1" "傳統煤礦巷道水霧除塵方法

傳統煤礦巷道除塵方法主要包括機械除塵和化學除塵。機械除塵主要依賴物理過濾或吸附作用來去除空氣中的粉塵，但設備復雜且維護成本高?；瘜W除塵則通過化學反應來固化或分解粉塵，然而這種方法可能產生二次污染，并且化學試劑的使用和管理也帶來一定的安全和環保風險。此外，這些方法往往除塵效率不高，難以滿足現代煤礦安全生產和環保要求[1]。

2" "傳統煤礦巷道水霧除塵設備的局限性

2.1 運行參數固定

傳統巷道水霧除塵設備在煤礦或其他礦產資源的開采過程中，起著至關重要的作用。然而，這些設備的運行參數通常是預設且固定的，缺乏靈活性和自適應性。巷道工作環境復雜多變，其中粉塵濃度、氣流速度和濕度等關鍵因素都會隨著開采的推進而發生動態變化。例如，隨著巷道的不斷挖掘，粉塵的產生量可能會增加，而巷道內的通風情況也可能因為巷道的延伸和地形的變化而受到影響。傳統巷道水霧除塵設備在設計時并未考慮這些動態變化，其運行參數一旦設定就難以更改。剛性設置在面對不斷變化的巷道環境時顯得捉襟見肘，無法根據實時的粉塵濃度、氣流速度和濕度等因素進行自我調整。因此，當巷道條件發生改變時，設備往往無法提供最優的除塵效果，甚至在某些極端情況下，除塵效果會大打折扣，從而對工作環境和工人的健康造成潛在威脅。

2.2 除塵效果受限

首先，巷道的結構對除塵效果有著顯著的影響。巷道的寬度、高度、彎曲程度以及壁面的粗糙度等都會影響氣流的流動模式和粉塵的分布情況，進而影響到除塵設備的工作效率。例如，在狹窄或彎曲的巷道中，氣流容易形成渦流，導致粉塵難以被有效清除。其次，粉塵的濃度也是一個關鍵因素。當粉塵濃度過高時，水霧與粉塵顆粒的碰撞概率增加，有利于提高除塵效率。但同時，當粉塵濃度過高時，也可能導致水霧被迅速飽和，降低了除塵效果。然而，粉塵濃度過低時，水霧與粉塵顆粒的碰撞機會減少，同樣會影響除塵效果。再次，氣流速度對除塵效果也有著不可忽視的影響。當氣流速度過快時，粉塵顆粒容易被迅速帶走，減少了水霧與粉塵的接觸時間，從而降低了除塵效率[2]。而當氣流速度過慢時，則可能導致粉塵在巷道內積聚，難以被清除。除了上述因素，傳統設備的除塵效果還受到水霧噴灑量和頻率的直接影響。當噴灑量過少時，水霧無法充分覆蓋巷道內的粉塵顆粒，導致除塵效果不佳。而當噴灑量過多時，雖然能夠增加水霧與粉塵的碰撞機會，但也可能造成水資源的浪費，甚至導致巷道濕滑等安全問題。噴灑頻率的不合理設置也會影響除塵效果，當頻率過低時，水霧無法持續有效地清除粉塵；當頻率過高時，則可能造成設備的過度磨損和能源的浪費。

2.3 能耗較高

傳統的巷道水霧除塵設備在執行噴灑任務時，對水資源和能源的依賴尤為突出。在大規模的巷道開采作業中，為了保持巷道的空氣清潔，水霧噴灑量和頻率常常被設定得相對較高。高頻率、大量的噴灑不僅消耗了大量的水資源，還因為需要不斷驅動水泵和控制系統而耗費可觀的能源。特別是在水資源匱乏的地區，消耗尤為引人關注，不僅增加了運營成本，還對當地的水資源構成了不小的壓力。同時，傳統巷道水霧除塵設備的噴霧效果并非只受噴灑量和頻率的影響，水質也是一個重要的考量因素。如果水質較差，含有較多的雜質和礦物質，那么在通過噴嘴時，雜質可能會造成噴嘴堵塞或者噴霧不均勻，不僅影響了噴霧的覆蓋范圍，還可能導致除塵效果不佳，甚至在某些情況下會加劇設備的磨損，增加維護成本。此外，水質問題還可能影響水霧與粉塵的結合能力。硬水中的礦物質可能會影響水霧的電荷分布，進而降低其與粉塵顆粒的結合效率[3]。

2.4 設備維護困難

傳統巷道水霧除塵設備作為煤礦等惡劣工作環境中保障空氣質量和安全生產的重要設施，其日常運維工作尤為關鍵。首先，煤礦巷道的空間往往狹窄且曲折，給設備的日常檢查和維護帶來了極大的不便。工作人員需要在有限的空間內進行操作，不僅影響了工作效率，還增加了操作過程中的安全風險。其次，煤礦內的高粉塵環境會加速設備的磨損和堵塞，特別是噴嘴和過濾器等關鍵部件，更容易受到粉塵的侵蝕，需要更頻繁地清潔和更換，不僅困難重重，還會對工作人員的身體健康構成威脅。最后，煤礦內的潮濕環境可能存在的腐蝕性氣體，也會對設備造成損害，使設備更容易生銹和腐蝕，進一步增加了維護和清潔的難度。

2.5 智能化程度低

傳統巷道水霧除塵設備盡管在一定程度上能夠滿足除塵的需求，但在自動化程度和智能化水平上確實還存在較大的提升空間。設備的控制系統往往停留在較為初級階段，主要采用簡單的定時噴灑或依賴人工進行手動控制。定時噴灑模式雖然簡單易行，但缺乏靈活性和實時響應能力。它無法根據巷道內粉塵濃度的實時變化來調整噴灑的強度和頻率，因此常常出現噴灑過度或不足的情況。而手動控制模式則更加依賴于操作人員的經驗和判斷，不僅增加了人力成本，也無法保證每次操作的一致性和準確性。更重要的是，傳統設備普遍缺乏實時監測和自適應調整功能，無法依據關鍵參數的變化自動調整噴灑策略，以達到最佳的除塵效果。智能化水平的不足，不僅影響了除塵效率，還可能導致能源浪費。

3" "人工智能技術在煤礦巷道水霧除塵設備中的應用策略

3.1 改進方向

基于傳統水霧降塵技術，煤礦巷道除塵裝置結合人工智能技術，以提升除塵效率和降低能源消耗，同時還能根據環境進行智能自我調整。其中，對于各類設備予以智能監控和調控是一大方向，對設備配備專門的傳感器、監控設備等，可以動態了解當下某個區域內的粉塵含量，在顯示屏上顯示空氣質量。而后，應用人工智能算法，系統分析處理多個數據，整合得出結論，輔助施工人員了解巷道內的工作環境變化并采取有針對性的應對措施。通過應用智能水霧噴灑裝置，可對區域內的粉塵等予以及時清除，以此達到更加精準的除塵成效。智能調整是技術升級的另一重要路徑，通過建立煤礦巷道環境與工作狀態的數字化模型，并融合實時采集的監控數據，能夠自動調整噴霧裝置的運作模式和噴霧量，以滿足多樣化的除塵要求。智能調整功能能夠依據巷道的實時狀況采取靈活應對策略，從而確保除塵效果的穩定性和可信度[4]。

3.2 智能水霧噴灑系統

在傳感器監測方面，為了更精確地掌握巷道環境狀況，可以通過安裝煤塵傳感器、風速傳感器和濕度傳感器等多種設備，實時監測巷道中的煤塵濃度、風速以及濕度等關鍵環境參數。傳感器不僅具備高精度的測量能力，還能實現數據的實時傳輸，確保監控中心能夠即時獲取巷道內的環境信息。通過對歷史數據和實時數據的綜合比對，系統能夠學習并識別出煤塵擴散的規律和趨勢，進而預測出未來的煤塵擴散情況。這不僅有助于提前預警，還能為智能水霧噴灑系統提供決策支持，確定最佳的噴灑時機。在自動化控制方面，基于上述數據分析的結果，智能水霧噴灑系統能夠實現高度的自動化控制。系統可以根據巷道內的實時環境參數和煤塵擴散預測，自動調節水霧的噴灑量和噴灑時間。智能調節不僅確保了除塵效果的最大化，還能有效避免水資源的浪費。通過這種方式，智能水霧噴灑系統能夠在復雜的巷道環境中完成精準、高效的除塵作業，可顯著提升巷道的空氣質量和工作安全性。

3.3 智能風機控制系統

在風速監測方面，為了精確掌握巷道中的空氣流動狀況，我們專門安裝了風速傳感器，能夠實時監測巷道中的風速或氣流速度，并將這些數據實時傳輸到中心控制系統，即時的風速監測對于確保水霧除塵系統的有效性運行至關重要。在數據分析與控制策略方面，我們利用先進的機器學習算法和數據分析技術，對監測到的風速數據進行深度處理?；谶@些數據，建立一個風速控制模型，該模型能夠指導系統如何根據當前的風速條件調整風機的運行狀態。具體來說，系統可以自動調節風機的轉速，調整其葉片角度，使得巷道內的風速保持在合理的范圍內。噴灑出來的水霧可以覆蓋煤塵區域，可有效提高除塵效果。面對不同的環境變化情況，風機控制系統也可以自動調整，對系統收集到的數據予以收集分析，調整風速變化。無論是風速的突然增加還是減少，系統都能迅速做出反應，通過調整風機的運行狀態來保持巷道內風速的穩定性。自適應調節功能不僅確保了噴灑效果的持續性和穩定性，還有助于延長設備的使用壽命，減少維護成本[5]。

3.4 數據監測與分析系統

傳感器能夠捕捉到巷道環境中的各種關鍵參數，如煤塵濃度、風速、濕度等。采集到的數據會實時通過穩定可靠的數據傳輸網絡發送到中央控制室，系統內部會自動應用智能算法等對數據進行收集，數據的準確性有一定保證。而后，結合現實需求，系統可以自動調整，對于可能存在的潛在風險，系統會自動在顯示屏上預警，促使操作人員采取防范措施。針對煤塵的擴散趨勢等，系統有一個全面的把控，能第一時間發現存在的異常情況，促使操作人員解決問題。一旦系統檢測到任何異常，如煤塵濃度超標或風速異常等，它會立即觸發預警機制，通過聲音、光線或電子通知等方式向操作人員發送預警信息。即時的預警系統為操作人員提供了寶貴的反應時間，使他們能夠迅速采取措施，防止情況惡化。此外，在可視化顯示方面，我們投入了大量研發資源，開發了一套直觀且用戶友好的數據監測與分析系統。系統能夠將復雜的傳感器數據轉化為易于理解的圖表和圖像，如煤塵濃度熱力圖、風速實時曲線等。通過可視化工具，操作人員可以一目了然地掌握巷道的工作狀態，從而做出更加明智的決策，增強了系統的易用性。

4" "結束語

在煤礦巷道水霧除塵設備中，人工智能技術的應用無疑為提升設備性能、優化除塵效果、降低能耗以及增強安全性等方面帶來了顯著的改進。通過引入先進的傳感器技術、機器學習和數據分析技術，能夠實時監測巷道環境參數，準確預測煤塵擴散趨勢，實現對水霧噴灑智能化的控制，不僅提高了除塵效率，還有效節約了水資源，降低了運營成本。

參考文獻

[1] 尹計修.淺談礦山破碎篩分工序中除塵設計改進建議[J].中國設備工程，2024（10）：122-124.

[2] 張學瑞，鄭吉.邊幫煤開采裝備用袋式除塵裝置的設計研究[J].礦山機械，2024，52（05）：1-4.

[3] 楊帥，任銳，薛育陽，等.細水霧除塵裝置去除呼吸性粉塵作用效果研究[J].地下空間與工程學報，2023，19（S1）：494-500.

[4] 李天柱.公路隧道礦山法施工粉塵遷移規律與細水霧除塵參數研究[D].西安：長安大學，2023.

[5] 任國輝.復雜條件下長大斜井隧道爆破期粉塵運移及除塵技術研究[D].青島：山東科技大學，2020.

作者簡介：胡世奇（1996-），男，漢族，河北臨城人，助理工程師，本科，研究方向為數學建模與AI模型在煤礦智能化中的應用。

趙夢豪（1998-），男，漢族，新疆人，助理工程師，本科，研究方向為礦山機電。