礦井智能噴霧降塵系統(tǒng)研究

崔 偉

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)華越機(jī)械有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

煤礦在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，其不僅對(duì)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(duì)于礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵必須降低濃度?，F(xiàn)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(xì)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(yáng)。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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)化管理，不但能實(shí)現(xiàn)井下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)還可進(jìn)行自動(dòng)噴霧降塵，實(shí)現(xiàn)綜合治理井下粉塵在巷道中擴(kuò)散的問題，從而能極大程度的提高降塵效果，改善井下環(huán)境[1]。

1 負(fù)壓誘導(dǎo)除塵

礦用負(fù)壓誘導(dǎo)除塵系統(tǒng)主要包括大巷負(fù)壓誘導(dǎo)自動(dòng)灑水裝置、皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)負(fù)壓誘導(dǎo)自動(dòng)灑水裝置、掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外負(fù)壓誘導(dǎo)噴霧降塵裝置、工控機(jī)、顯示器、電纜等，如圖1所示。該系統(tǒng)采用集散控制，由多臺(tái)噴灑控制器連接到集中控制器構(gòu)成井下信號(hào)采集除塵系統(tǒng)單元，該系統(tǒng)單元由集中控制器集中管理，可井下獨(dú)立運(yùn)行。集中控制器配備以太網(wǎng)接口，能與井下以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)相連，通過環(huán)網(wǎng)將系統(tǒng)各種狀態(tài)及參數(shù)傳送到井上，實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控?？刂破黠@示采用液晶大屏幕漢顯，多種參數(shù)、噴灑方式可用遙控器在井下隨意設(shè)定，根據(jù)需求控制器可通過配接不同的傳感器構(gòu)成多種系統(tǒng)，真正做到智能化[2]。

1.1 井下系統(tǒng)工作原理

1.1.1 大巷負(fù)壓誘導(dǎo)自動(dòng)灑水裝置

大巷負(fù)壓誘導(dǎo)自動(dòng)灑水裝置用于人機(jī)大巷等場所，可根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況設(shè)置理想的定時(shí)噴灑時(shí)間，本裝置每天最多可設(shè)置多個(gè)時(shí)間段自動(dòng)噴灑。紅外人感傳感器感應(yīng)到行人、車通過時(shí)停止噴灑?？刂破髋渲脙芍还饪貍鞲衅鳎酶咚倨F射流在射流周圍形成負(fù)壓的機(jī)理除塵，每一個(gè)噴頭可以在以噴頭為圓心直徑1 m的范圍內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)，將帶塵的空氣吸到霧柱內(nèi)，小霧粒擊中霧柱內(nèi)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(fēng)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(fù)壓除塵系統(tǒng)示意圖

圖2 大巷負(fù)壓誘導(dǎo)自動(dòng)灑水裝置示意圖

1.1.2 皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)負(fù)壓誘導(dǎo)自動(dòng)灑水裝置

皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)負(fù)壓誘導(dǎo)自動(dòng)灑水裝置用于井上、井下皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸物料時(shí)，對(duì)煤流及皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)所產(chǎn)生的煤塵進(jìn)行自動(dòng)噴霧除塵。當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)有煤流通過時(shí)，觸控傳感器發(fā)送信號(hào)觸發(fā)控制器工作，打開電動(dòng)球閥自動(dòng)噴灑，無物料時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后停止噴灑。同時(shí)，也可設(shè)置為定時(shí)噴灑，利用高速汽霧射流在射流周圍形成負(fù)壓的機(jī)理除塵，每一個(gè)噴頭可以在以噴頭為圓心直徑1 m的范圍內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)，將帶塵的空氣吸到霧柱內(nèi)，小霧粒擊中霧柱內(nèi)的粉塵將其捕捉濕潤，使其降落。如圖3所示。

圖3 皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)負(fù)壓誘導(dǎo)自動(dòng)灑水裝置示意圖

1.2 井上監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以通過設(shè)置設(shè)備參數(shù)自動(dòng)控制噴灑設(shè)備控制巷道粉塵濃度及其它相關(guān)功能。并實(shí)時(shí)監(jiān)控集中控制器采集來的相關(guān)數(shù)據(jù)，也可以形成歷史數(shù)據(jù)庫，供用戶查詢。該系統(tǒng)分為八大功能模塊：巷道監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、粉塵濃度曲線、傳感器工作狀態(tài)、噴霧效果、故障查詢功能，如圖4所示[3]。

圖4 井上監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

巷道監(jiān)控視圖分為五個(gè)功能區(qū)，標(biāo)題欄、控制器分布圖、粉塵濃度曲線圖、傳感器狀態(tài)、故障報(bào)警提示區(qū)域。控制器區(qū)域，顯示控制器在巷道中的分布圖、控制器編號(hào)?？刂破鞯膰婌F狀態(tài)。每個(gè)圖片代表一個(gè)噴灑點(diǎn)，可以看出噴灑點(diǎn)的序號(hào)，噴灑狀態(tài)，并可控制噴灑點(diǎn)的噴灑狀態(tài)。點(diǎn)擊后顏色變深，代表處于強(qiáng)噴狀態(tài)；如果處于噴灑狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)的水柱。粉塵濃度曲線，顯示當(dāng)前巷道中的實(shí)時(shí)粉塵濃度值。傳感器狀態(tài)區(qū)域，顯示最多三個(gè)巷道中的數(shù)據(jù)。包括粉塵濃度實(shí)測(cè)值，溫度信號(hào)、煙霧信號(hào)、觸控信號(hào)以及當(dāng)前的噴灑效果。如果出現(xiàn)溫度、煙霧、觸控、紅處報(bào)警信息相應(yīng)的會(huì)動(dòng)態(tài)提示，點(diǎn)擊可以查看詳細(xì)信息。報(bào)警提示區(qū)域，顯示井上、井下的通訊狀況[4]。

該系統(tǒng)有主要對(duì)巷道中集中控制器的每個(gè)對(duì)應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的模塊。其中，參數(shù)包括紅外傳感上風(fēng)端噴霧量L0、紅外傳感下風(fēng)端噴霧量L1、人經(jīng)過停噴時(shí)間T1、上風(fēng)端觸控傳感器與噴灑點(diǎn)間隔L2、下風(fēng)端觸控傳感器與噴灑點(diǎn)間隔L3、上風(fēng)端煙霧傳感器與噴灑點(diǎn)間隔L6、下風(fēng)端煙霧傳感器與噴灑點(diǎn)間隔L7、上風(fēng)端溫度傳感器與噴灑點(diǎn)間隔L8、下風(fēng)端溫度傳感器與噴灑點(diǎn)間隔L9、上風(fēng)端粉塵傳感器與噴灑點(diǎn)間隔L4、下風(fēng)端粉塵傳感器與噴灑點(diǎn)間隔L5、粉塵濃度設(shè)定值C1、循環(huán)噴灑開始時(shí)間、循環(huán)噴灑結(jié)束時(shí)間、循環(huán)噴灑打開時(shí)間T2、循環(huán)噴灑關(guān)閉時(shí)間T3、循環(huán)噴灑噴霧量M、循環(huán)噴灑間隔量N、總噴霧點(diǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)。

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(jī)割煤、移架以及放頂煤時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵，綜采工作面智能噴霧降塵裝置系統(tǒng)可以在移架、放頂煤時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧降塵[5]。

2.1 井下裝置性能

2.1.1 隨采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)定點(diǎn)噴霧降塵功能

當(dāng)煤機(jī)割煤移動(dòng)過程中，裝在煤機(jī)上的紅外位置傳感器可根據(jù)移動(dòng)方向和位置，向控制器發(fā)射信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)這些信號(hào)，計(jì)算出水幕的位置，控制相應(yīng)的電動(dòng)閥，在采煤機(jī)的下風(fēng)端形成數(shù)條水幕隨采煤機(jī)移動(dòng)，同時(shí)打開水幕的條數(shù)（n2=1～3）、水幕距離采煤機(jī)的間隔（L=1～3）、噴灑時(shí)間（d3=6～600 s），根據(jù)現(xiàn)場情況可在控制器上或通過集中控制器用紅外遙控器設(shè)定。從而對(duì)采煤機(jī)作業(yè)產(chǎn)生的大量粉塵進(jìn)行有效的阻隔和降塵，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、架間噴霧聯(lián)動(dòng)。

2.1.2 移架自動(dòng)噴霧除塵功能

當(dāng)移架時(shí)，操作液壓手柄，裝在手柄上的磁控發(fā)射器（或壓力控制發(fā)射器）工作，向控制器發(fā)射無線觸發(fā)信號(hào)，控制器收到經(jīng)過編碼的信號(hào)后，控制移動(dòng)作業(yè)支架下風(fēng)端水幕打開，延時(shí)噴灑降塵。煤機(jī)下風(fēng)端可以同時(shí)打開水幕條數(shù)（n1=1～3）、噴灑時(shí)間（d1=6～600 s），用戶可根據(jù)現(xiàn)場情況在控制器上或通過集中控制器用紅外遙控器設(shè)定。

2.1.3 放頂煤自動(dòng)噴霧除塵功能

當(dāng)放頂煤時(shí)，操作液壓手柄，裝在手柄上的磁控發(fā)射器（或壓力控制發(fā)射器）工作，向控制器發(fā)射無線觸發(fā)信號(hào)，控制器收到經(jīng)過編碼的信號(hào)后，控制放頂煤作業(yè)支架下風(fēng)端水幕打開，延時(shí)噴灑降塵。煤機(jī)下風(fēng)端同時(shí)打開水幕條數(shù)（n1=1～3）、噴灑時(shí)間（d2=6～600 s），用戶可根據(jù)現(xiàn)場情況在控制器上或通過集中控制器用紅外遙控器設(shè)定[6]。

2.2 井上監(jiān)控系統(tǒng)

井下控制器預(yù)置485通訊接口，可與系統(tǒng)中的集中控制器進(jìn)行通訊。各種參數(shù)通過集中控制器設(shè)置，同時(shí)集中控制器還可將工作面移架、放煤、采煤機(jī)位置等參數(shù)通過井下環(huán)網(wǎng)傳到井上，實(shí)現(xiàn)井上監(jiān)控。

3 結(jié)語

礦井智能噴霧降塵系統(tǒng)的成功運(yùn)用，在實(shí)際工作中適時(shí)監(jiān)控粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧和報(bào)警、遠(yuǎn)程控制，使粉塵危害得到有效控制，降塵、除塵效果顯著。