矿井智能喷雾降尘系统研究

2018-10-23崔伟

机械管理开发 2018年10期

崔伟

（阳泉煤业集团华越机械有限公司，山西阳泉 045000）

引言

煤矿在开采过程中会产生大量的粉尘，其不仅对煤矿工人的身体造成较大的危害，还具有爆炸性，造成重大的安全事故。因此，对于矿井生产过程中产生的粉尘必须降低浓度。现阶段矿井主要采用湿式除尘，水能湿润粉尘，增加尘粒重力，并将细散的尘粒聚合为较大的尘粒，使浮尘加速沉降，落尘不易飞扬。随着“智慧矿山”的开展，矿井喷雾降尘装置也走向智能化。与以往的降尘装置相比，智能喷雾降尘装置采用网络系统化管理，不但能实现井下实时监测还可进行自动喷雾降尘，实现综合治理井下粉尘在巷道中扩散的问题，从而能极大程度的提高降尘效果，改善井下环境[1]。

1 负压诱导除尘

矿用负压诱导除尘系统主要包括大巷负压诱导自动洒水装置、皮带转载点负压诱导自动洒水装置、掘进机内外负压诱导喷雾降尘装置、工控机、显示器、电缆等，如图1所示。该系统采用集散控制，由多台喷洒控制器连接到集中控制器构成井下信号采集除尘系统单元，该系统单元由集中控制器集中管理，可井下独立运行。集中控制器配备以太网接口，能与井下以太环网交换机相连，通过环网将系统各种状态及参数传送到井上，实现地面监控。控制器显示采用液晶大屏幕汉显，多种参数、喷洒方式可用遥控器在井下随意设定，根据需求控制器可通过配接不同的传感器构成多种系统，真正做到智能化[2]。

1.1 井下系统工作原理

1.1.1 大巷负压诱导自动洒水装置

大巷负压诱导自动洒水装置用于人机大巷等场所，可根据现场的实际情况设置理想的定时喷洒时间，本装置每天最多可设置多个时间段自动喷洒。红外人感传感器感应到行人、车通过时停止喷洒。控制器配置两只光控传感器，利用高速汽雾射流在射流周围形成负压的机理除尘，每一个喷头可以在以喷头为圆心直径1 m的范围内形成负压区，将带尘的空气吸到雾柱内，小雾粒击中雾柱内的粉尘将其捕捉湿润，使其降落。如图2所示，图中L1由行人或车的速度及风速来确定，一般为50～100 m，L2由行人或车的速度来确定，一般为20～50 m。

图1 矿用负压除尘系统示意图

图2 大巷负压诱导自动洒水装置示意图

1.1.2 皮带转载点负压诱导自动洒水装置

皮带转载点负压诱导自动洒水装置用于井上、井下皮带运输机运输物料时，对煤流及皮带转载点所产生的煤尘进行自动喷雾除尘。当皮带运输机有煤流通过时，触控传感器发送信号触发控制器工作，打开电动球阀自动喷洒，无物料时，延时一段时间后停止喷洒。同时，也可设置为定时喷洒，利用高速汽雾射流在射流周围形成负压的机理除尘，每一个喷头可以在以喷头为圆心直径1 m的范围内形成负压区，将带尘的空气吸到雾柱内，小雾粒击中雾柱内的粉尘将其捕捉湿润，使其降落。如图3所示。

图3 皮带转载点负压诱导自动洒水装置示意图

1.2 井上监控系统

该系统可以通过设置设备参数自动控制喷洒设备控制巷道粉尘浓度及其它相关功能。并实时监控集中控制器采集来的相关数据，也可以形成历史数据库，供用户查询。该系统分为八大功能模块：巷道监控、参数设置、粉尘浓度曲线、传感器工作状态、喷雾效果、故障查询功能，如图4所示[3]。

图4 井上监控系统示意图

巷道监控视图分为五个功能区，标题栏、控制器分布图、粉尘浓度曲线图、传感器状态、故障报警提示区域。控制器区域，显示控制器在巷道中的分布图、控制器编号。控制器的喷雾状态。每个图片代表一个喷洒点，可以看出喷洒点的序号，喷洒状态，并可控制喷洒点的喷洒状态。点击后颜色变深，代表处于强喷状态；如果处于喷洒状态会出现动态的水柱。粉尘浓度曲线，显示当前巷道中的实时粉尘浓度值。传感器状态区域，显示最多三个巷道中的数据。包括粉尘浓度实测值，温度信号、烟雾信号、触控信号以及当前的喷洒效果。如果出现温度、烟雾、触控、红处报警信息相应的会动态提示，点击可以查看详细信息。报警提示区域，显示井上、井下的通讯状况[4]。

该系统有主要对巷道中集中控制器的每个对应参数进行设置的模块。其中，参数包括红外传感上风端喷雾量L0、红外传感下风端喷雾量L1、人经过停喷时间T1、上风端触控传感器与喷洒点间隔L2、下风端触控传感器与喷洒点间隔L3、上风端烟雾传感器与喷洒点间隔L6、下风端烟雾传感器与喷洒点间隔L7、上风端温度传感器与喷洒点间隔L8、下风端温度传感器与喷洒点间隔L9、上风端粉尘传感器与喷洒点间隔L4、下风端粉尘传感器与喷洒点间隔L5、粉尘浓度设定值C1、循环喷洒开始时间、循环喷洒结束时间、循环喷洒打开时间T2、循环喷洒关闭时间T3、循环喷洒喷雾量M、循环喷洒间隔量N、总喷雾点数据、运行状态。

2 综采工作面智能喷雾降尘

综采工作面在回采过程中采煤机割煤、移架以及放顶煤时会产生大量的煤尘，综采工作面智能喷雾降尘装置系统可以在移架、放顶煤时实现自动喷雾降尘[5]。

2.1 井下装置性能

2.1.1 随采煤机联动定点喷雾降尘功能

当煤机割煤移动过程中，装在煤机上的红外位置传感器可根据移动方向和位置，向控制器发射信号。控制器根据这些信号，计算出水幕的位置，控制相应的电动阀，在采煤机的下风端形成数条水幕随采煤机移动，同时打开水幕的条数（n2=1～3）、水幕距离采煤机的间隔（L=1～3）、喷洒时间（d3=6～600 s），根据现场情况可在控制器上或通过集中控制器用红外遥控器设定。从而对采煤机作业产生的大量粉尘进行有效的阻隔和降尘，实现采煤机、架间喷雾联动。

2.1.2 移架自动喷雾除尘功能

当移架时，操作液压手柄，装在手柄上的磁控发射器（或压力控制发射器）工作，向控制器发射无线触发信号，控制器收到经过编码的信号后，控制移动作业支架下风端水幕打开，延时喷洒降尘。煤机下风端可以同时打开水幕条数（n1=1～3）、喷洒时间（d1=6～600 s），用户可根据现场情况在控制器上或通过集中控制器用红外遥控器设定。

2.1.3 放顶煤自动喷雾除尘功能

当放顶煤时，操作液压手柄，装在手柄上的磁控发射器（或压力控制发射器）工作，向控制器发射无线触发信号，控制器收到经过编码的信号后，控制放顶煤作业支架下风端水幕打开，延时喷洒降尘。煤机下风端同时打开水幕条数（n1=1～3）、喷洒时间（d2=6～600 s），用户可根据现场情况在控制器上或通过集中控制器用红外遥控器设定[6]。