遠程智能通風除塵系統在掘進巷道中應用

魏振華

（大同煤礦集團朔州煤電小峪煤業有限公司，山西 朔州 038301）

1 概述

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

2105 巷位于1110 水平一盤區北翼，巷道設計長度為1200m，巷道斷面規格為寬× 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山西組煤層，煤層發育不穩定，成破碎狀，煤塵揮發性高，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，經檢測最高粉塵濃度達314mg/m3。巷道掘進期間采用傳統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，造成采區靜壓水壓力降低、巷道積水量大等現象。對此，為了提高巷道防塵效果，研究設計了一套遠程智能通風除塵系統。

2 遠程智能通風除塵系統結構

遠程智能通風除塵系統主要由兩部分組成：地面遠程監控系統和井下除塵系統。

2.1 地面遠程監控系統

地面遠程監控系統主要由地面交換站、工業千兆以太網、主機操控系統等部分組成。

（1）地面交換站主要安裝在井口處，利用工業以太網及井筒內安裝的信號接收器與井下交換站進行數據信號傳遞。

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

2.2 井下除塵系統

2105 巷井下除塵系統主要由泡沫抑塵系統和高壓噴霧旋轉捕塵系統以及PLC 控制柜、井下網路交換站等部分組成。

（1）PLC 控制柜。PLC 控制柜主要進行數據采集、處理、分析以及轉換，并將轉換的數據信號通過井下網路交換站傳送至地面。PLC 控制柜分別與泡沫抑塵系統和高壓噴霧旋轉捕塵系統連接。如圖1 所示。

圖1 2105 巷遠程智能通風除塵系統結構示意圖

（2）泡沫抑塵系統。該系統主要由80A 聯鎖開關、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）高壓噴霧旋轉捕塵系統。該系統主要由80A 聯鎖開關、電控液閥、5kW 潛水泵、旋轉水幕、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工作原理

3.1 泡沫抑塵系統工作原理

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

（2）當巷道內粉塵濃度達到120mg/m3時，傳感器及時進行動作保護并將監測數據上傳至PLC 控制柜，控制柜接收數據信號后進行分析處理，并對80A 聯鎖開關發出“開啟”指令。

（3）聯鎖開關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，傳感器再次將數據信號傳遞至PLC 控制柜，通過控制柜信號處理后及時將“關閉”指令傳送至聯鎖開關。聯鎖開關接收指令后切斷電控液閥電源，泡沫抑塵系統停止工作。

3.2 高壓噴霧旋轉捕塵系統工作原理

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

（2）PLC 控制柜對數據信號處理后，將“開啟”指令發送至聯鎖開關；聯鎖開關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，并形成連續的防塵水簾；捕塵后污水經水幕底部過濾槽過濾后流入蓄水池。蓄水池內水源通過潛水泵循環對水幕高壓供水。

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

3.3 地面監控系統工作原理

PLC 控制柜將巷道粉塵濃度、各降塵系統工作狀態如壓力、降塵時間、系統故障等轉換為數據信號，傳遞至井下網路交換站。經井筒信號接收器、工業千兆以太網傳送至井口網路交換站，然后利用信號電纜傳送至操控室內的主機系統，并通過顯示器直觀地顯示出降塵系統工作狀況。操作人員可利用軟件界面按鈕對系統進行遠程控制。

4 結束語

遠程智能通風除塵系統，通過實際應用取得了顯著成效。

（1）操作簡單，成本費用低。該系統結構相對簡單，成本費用低，每套系統成本費用僅為1.4萬元。該系統故障率低，配件成本費用低，便于日常維護。

（2）降塵效果好。與傳統噴霧灑水相比，該系統實現多級降塵，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遠程智能通風除塵系統降塵后，巷道粉塵濃度控制在30mg/m3以下。

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