集控除塵系統在智能煤礦的應用

文/盧學明 白仕軍

井下作業主要產塵地點為綜采工作面以及綜掘工作面，占比達85%以上。由于工作環境相對密閉，空氣流動性差，對作業人員危害大，因此成為井下粉塵治理的難點及重點。為此，神東煤炭集團錦界煤礦除通過煤層注水的方式減少作業中產生的粉塵外，還在技術上尋求突破，增加智能除塵系統設備，抑制粉塵飛揚和擴散，減少井下作業人員對粉塵的接觸。

一、集控除塵系統組成及功能

1．組成

集控除塵系統主要由礦用本安型網絡交換機、礦用隔爆兼本安型直流電源、礦用本安型無線自動灑水降塵控制箱、粉塵濃度傳感器、溫濕度傳感器、熱釋電傳感器、礦用遙控器、反沖洗過濾器、隔爆型電動球閥等組成。

2．集控除塵系統功能

集控除塵系統全面支持Windows等操作系統，支持TCP/IP協議，是由多種拓撲結構組成的井下網絡，安裝配置便捷，可靠性高。

集控除塵系統通過地面監控中心，能夠持續對地面和井下防塵子系統的數據進行實時采集，并具有分析處理、動態顯示、統計存貯、超限報警、斷電控制和統計報表查詢打印、網上共享等功能。

集控除塵系統能夠對接入網絡的噴霧降塵設備、視頻監控攝像機等進行遠程數據采集、顯示，檢測設備的運行工況，能夠對以上裝置和設備的運行參數進行遠程修改，也能夠對以上裝置和設備的運行狀態（開、停）進行遠程控制。

3．集控除塵系統特點

（1）可實時在線檢測全礦井除塵設備的運行狀態以及工作參數。

（2）可實現對粉塵濃度、溫濕度和水壓等環境參數的遠程監控、數據存儲和查詢。

（3）可獨立運行，穩定性、可控性高，易于擴展。

（4）可以提供自定義表格、曲線、圖形等多種方式的報表格式；同時具有用戶分類管理，報表查詢、導出和打印等功能。

（5）可異地檢測降塵裝置的實時信息、遠程查詢檢測數據和報表，同時可以對現場畫面進行實時監控。

（6）集控平臺采用面向對象的模塊化程序設計，網絡接口豐富、集成靈活，可適應不同的系統規模。

（7）可與智能通風系統等平臺實現無縫對接，實現通防“一張圖”的管理模式。

二、集控除塵系統硬件設計

1．礦用本安型無線自動灑水降塵控制箱

（1）功能原理。礦用本安型無線自動灑水降塵控制箱（簡稱降塵電控箱），主要用于煤礦綜采、綜掘工作面產生粉塵的作業場所，通過自動灑水，降塵除塵，凈化作業場所。降塵電控箱是改善和治理粉塵作業環境，治理粉塵危害的安全設備，是實現系統各項功能正常工作的中央處理單元，是本系統的主要設備。

粉塵濃度傳感器、溫度和濕度傳感器把現場監測的數據實時上傳到降塵電控箱，降塵電控箱通過井下的工業環網再將相關數據上傳到井上的集控除塵系統平臺。當現場降塵區域的粉塵濃度（或溫濕度）超過設定的上限值后，降塵控制箱自動開啟噴霧降塵模式，噴霧設備開始工作；當粉塵濃度（或溫、濕度）下降到設定值的下限時，噴霧設備停止工作。

（2）性能參數。礦用本安型無線自動灑水降塵控制箱主要性能參數如下。

工作電壓：DC12V；工作電流：≤600mA；工作頻率：433M±20MHz、2.4G；接口類型：RJ45；通信協議：TCP/IP、RS485、802.11b/g/n。

2．粉塵濃度傳感器

（1）功能原理。粉塵濃度傳感器主要由激光源、光信號和電信號轉換裝置、粉塵測量裝置、抽氣裝置、粉塵過濾裝置和控制電路組成。將粉塵濃度傳感器安裝在現場作業區域，通過光散射原理直接對工作面粉塵濃度進行測量，實時顯示粉塵濃度相關信息，并將監測數據傳送至礦用本安型無線自動灑水降塵電控箱，由降塵電控箱根據粉塵濃度的數值進行自動噴霧降塵處理，同時將粉塵濃度測量值上傳至集控軟件平臺，實現對粉塵濃度的實時監測與管理。

工作電壓：DC12V～DC24V；工作電流：≤200mA；測量范圍：1mg/m3～1000mg/m3；測量相對誤差：≤15%。

3．礦用溫濕度傳感器

（1）功能原理。礦用溫濕度傳感器的溫濕度探頭包含了感應模塊和信號處理模塊兩部分，輸出信號為標準數字信號，可靠性高，穩定性強。溫濕度探頭由一個濕敏感元件和一個測溫元件組成，并將A/D轉換器融合對接串口電路。探頭防塵膜采用聚酯平紋，可防止液態水滲透。

（2）性能參數。礦用溫濕度傳感器性能參數如下。

工作電壓：DC9V～21V；工作電流：≤50mA；溫度檢測范圍：0～50℃；濕度檢測范圍：0～100%RH；溫度檢測精度：±1℃；濕度檢測精度：濕度30%～90%時，±3%RH；濕度0～30%，90%～100%時，±6%RH。

4．礦用本安型無線紅外熱釋電傳感器

（1）功能原理。礦用本安型無線紅外熱釋電傳感器感應到人體信號時，傳感器發射無線信號，信號經傳感器進行電信號檢測、放大處理后，輸出無線指令給電控箱，電控箱對電動球閥（或電磁閥）進行相應操作。

將1號線二期上林路站閘機布置調整為西側進站、東側出站(見圖7)，同時調整自動扶梯運行方向為西側下行、東側上行。這樣進出站客流方向與換乘客流方向一致，不會造成客流交叉。

（2）性能參數。礦用本安型無線紅外熱釋電傳感器性能參數如下。

工作電壓：DC3.6V；工作電流：≤30mA；工作頻率：433MHz±10MHz。

三、集控除塵系統工作原理

AQ1020-2006《煤礦井下粉塵綜合防治技術規范》第4.3.5條規定：“采煤工作面回風巷應安設至少兩道風流凈化水幕，并宜采用自動控制風流凈化水幕”，第5.5.6條規定：“采掘工作面回風應安設粉塵濃度傳感器進行粉塵濃度連續監測”。本集控除塵系統技術方案選用的粉塵濃度超限噴霧降塵裝備，在回風巷距工作面10m處和30m處各布置一道風流凈化水幕，通過將該噴霧裝置通過井下的工業環網接入集控軟件平臺，可實現對風流凈化水幕的自動控制和對粉塵濃度的在線檢測。

粉塵濃度超限噴霧降塵裝置采用粉塵濃度傳感器檢測風流中的粉塵濃度，當粉塵濃度超過設定的濃度值（可根據煤礦實際情況自行設定）時，自動打開凈化水幕；若粉塵濃度低于設定的濃度值時，噴霧水幕可自動關掉。

四、集控除塵系統創新之處分析

1．噴霧降塵主控箱具備直觀顯示功能

通過主控箱上的液晶顯示屏，能夠查看目前的工作模式、傳感器和電動球閥的工作狀態、粉塵濃度、溫濕度檢測結果等。

2．就地遙控調校功能

可對主控箱進行參數設置、工作模式選擇、延時設置等，可通過遙控器按需求設置噴霧降塵主控箱的各參數。

3．可對粉塵濃度與環境濕度觸發條件進行設定

當粉塵濃度大于設定值時自動噴霧，降到設定值以下后停止噴霧；當濕度低于設定值時，自動開啟噴霧降塵裝備，超過設定值時，停止噴霧。

五、集控除塵系統應用效果

2021年6月，錦界礦在井下31煤綜采連掘回風順槽等區域共設置了2個監測點，進行了50多天的試運行。通過對錦界礦現場情況分析，在對粉塵濃度監測裝置設置了35mg/m3、45mg/m3、55mg/m3噴霧限值的情況下，系統能夠準確地按照設定的閥值開啟噴霧降塵，從而實現了粉塵濃度的在線監測與自動降塵功能。

通過長時間不定時的粉塵濃度監測，對比數據發現，系統監測數據誤差較小，在±0.3%之間，由監測結果可以得出結論：自動噴霧降塵裝置具有高穩定性和高可靠性，受外界干擾影響較小，整體設計達到預期效果。