河津騰暉煤業(yè)智能化降塵技術(shù)實踐

李國強(qiáng)

（霍州煤電河津騰暉煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 運城 043300）

煤塵的大量積聚容易引發(fā)塵爆災(zāi)害，煤塵落在采煤裝備的關(guān)鍵部位會加速設(shè)備磨損，煤塵的大量擴(kuò)散會擋視線引發(fā)誤操作，還會導(dǎo)致長期接觸煤塵的工人患職業(yè)?。▔m肺?。?。隨著河津騰暉煤業(yè)智能化開采的推進(jìn)，智能化開采給粉塵防治工作帶來以下問題：遮擋視線影響開采空間的判斷和定位；造成設(shè)備磨損；降低設(shè)備工作性能和智能傳感探測精度；煤塵的積聚給智能化開采工作面帶來了極大的安全隱患。因此必須針對智能化工作面開采的需求，對煤塵治理進(jìn)行頂層設(shè)計，努力實現(xiàn)防塵降塵的智能化，進(jìn)一步提升采煤工作面智能化開采水平。

1 降塵技術(shù)智能化控制關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 智能傳感技術(shù)

傳感器的創(chuàng)新或改進(jìn)往往能夠引起相關(guān)智能控制的變革。智能化降塵系統(tǒng)的應(yīng)用需要有能提升其智能感知能力的傳感裝置，包括高可靠性和靈敏度的粉塵傳感器、低功耗動作感知傳感器、無線定位傳感器和煤流監(jiān)測傳感器等。一方面需要提升現(xiàn)有傳感器的感知能力，另一方面要研發(fā)一批新的智能傳感器，其主要特點包括無線、抗干擾、低功耗、高可靠性、自定位和小型化，最重要的是能支持物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)。在河津騰暉煤業(yè)智能化降塵系統(tǒng)中，應(yīng)用了天地科技研發(fā)的一種能夠支持物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)的自定位無線壓力開關(guān)，可用來感應(yīng)液壓類開關(guān)操作，并將操作位置和操作點發(fā)送出去。傳感器還支待非接觸調(diào)試和檢修技術(shù)，方便設(shè)備調(diào)試及維護(hù)檢穩(wěn)。

1.2 互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)的井下信息傳輸技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)是整個智能化開采的中樞，應(yīng)用于智能化降塵系統(tǒng)，在信息傳輸?shù)捻攲釉O(shè)計中設(shè)計了智能化降塵系統(tǒng)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，包括數(shù)據(jù)接口、傳輸協(xié)議、通信方式和相互間的數(shù)據(jù)交換和動作協(xié)調(diào)等。充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，從數(shù)據(jù)流高效傳輸和利用的角度規(guī)劃智能化降塵控制系統(tǒng)。

1.3 機(jī)器學(xué)習(xí)與智能化控制軟件

從煤礦地質(zhì)條件和開采條件的情況出發(fā)，基于降塵要求和技術(shù)細(xì)節(jié)的差別，加上井下實地測試的困難和對生產(chǎn)的影響，該礦智能化除塵系統(tǒng)需要能夠?qū)崿F(xiàn)自動檢測和智能決策控制，并能夠進(jìn)行清晰明了的遠(yuǎn)程顯示和簡單可靠的遠(yuǎn)程干預(yù)。因此，智能化除塵系統(tǒng)要引入機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，要求現(xiàn)有智能化降塵系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制，還要能夠進(jìn)行現(xiàn)場關(guān)鍵要素的收集、智能控制經(jīng)驗的自積累、降塵效果的評價等，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)，進(jìn)而實現(xiàn)真正智能控制。該礦采用了“綜采工作面智能噴霧控制軟件”，通過該軟件可以簡單地收集工作面支架數(shù)、采煤機(jī)運行參數(shù)、支架操作狀態(tài)參數(shù)等，并能實現(xiàn)跟機(jī)自動噴霧、降架、移架噴霧、采煤機(jī)間隔多架支架進(jìn)行噴霧、多架同時噴霧，延時噴霧等多種功能。該軟件還可以與采煤機(jī)等綜合控制裝置進(jìn)行通信，實現(xiàn)聯(lián)動智能控制。

2 智能化降塵系統(tǒng)在降塵噴霧點優(yōu)化布置方案

智能化降塵系統(tǒng)完成設(shè)計后，在河津騰暉煤業(yè)公司的1514、1524、1517、1523四個工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗。其降塵噴霧點優(yōu)化布置方案設(shè)計如下。

從河津騰暉煤業(yè)公司井下塵源情況可知，綜掘工作面和綜采工作面是最大的產(chǎn)塵點，尤以綜采（綜放）工作面產(chǎn)塵量最大，治理最困難。在眾多的除塵方法中，噴霧降塵以其布置簡單、易于實現(xiàn)智能控制、除塵效果好而應(yīng)用最為廣泛。傳統(tǒng)除塵多為針對粉塵擴(kuò)散過程進(jìn)行的治理，而要達(dá)到更好的效果，并將粉塵的危害降至最低，需變“過程除塵”為“原位除塵”，即以煤塵的最少產(chǎn)生和擴(kuò)散為治理目標(biāo)而不僅僅是將煤塵降下來。通過長期對該煤礦井下粉塵觀測和治理實踐，制定了以下優(yōu)化布置方案，如圖1所示。

圖1 綜采工作面總體降塵方案

2.1 液壓支架智能噴霧

降架、移架過程主要通過布置在液壓支架兩側(cè)的扇形噴霧進(jìn)行除塵。在液壓支架每側(cè)布置3～4個扇形噴頭向頂板及采空區(qū)方向噴霧，一是對頂板煤層進(jìn)行預(yù)混，二是阻止煤上沿液壓支架縫隙飄散，從而達(dá)到除塵的目的。

由于采煤機(jī)是運動的，因此要求噴霧系統(tǒng)具有跟機(jī)噴霧的功能。同時因為煤塵會飄散，擴(kuò)散范圍較大，因此噴霧的位置、噴霧持續(xù)的時間等需要優(yōu)化設(shè)置。通過大量的研究和優(yōu)化設(shè)計，單支架的跟機(jī)噴霧點設(shè)置如圖2所示。噴霧點共設(shè)置4個噴頭，前部兩個錐形噴頭，后部兩個扇形噴頭。錐形噴頭主要向煤壁和采煤機(jī)噴霧，主要作用是預(yù)濕煤壁和阻止采煤機(jī)割煤產(chǎn)生煤塵的擴(kuò)散。扇形噴頭會沿割煤方向形成兩道水霧簾，主要作用是阻止細(xì)小煤塵向液壓支架行人空間的擴(kuò)散。

圖2 液壓支架智能噴霧單支架布置方案

2.2 采煤機(jī)內(nèi)外噴霧

采煤機(jī)內(nèi)外噴霧如圖3所示。首先在采煤機(jī)截割滾筒上布置內(nèi)噴霧，它既起到預(yù)濕煤壁的作用，又對細(xì)小煤塵具有初步的沉降作用，還減緩了中粒徑煤塵的動能，有利于后續(xù)的除塵作業(yè)。其次設(shè)置采煤機(jī)外噴霧，外噴霧距離截割滾筒的距離要適當(dāng)，太近會因中粒徑煤塵動能仍然較大而難以達(dá)到很好的捕塵效果，太遠(yuǎn)則容易造成煤塵的擴(kuò)散，且霧粒的速度又會降低，同樣達(dá)不到好的降塵效果。本方案中設(shè)置了左右搖臂可調(diào)外噴霧，增強(qiáng)了噴霧系統(tǒng)對現(xiàn)場降塵的適應(yīng)性，能起到更好的降塵作用。

圖3 采煤機(jī)內(nèi)外噴霧

2.3 轉(zhuǎn)載、破碎點噴霧

在轉(zhuǎn)載機(jī)入口、破碎機(jī)前后、轉(zhuǎn)載機(jī)橋部、轉(zhuǎn)載機(jī)卸載點各安裝一組噴霧（每組錐形噴嘴，直徑1.2mm，流量3～5L/min），智能檢測設(shè)備的啟停以及煤流狀態(tài)，自動噴霧。如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)載、破碎點噴霧示意圖

2.4 工作面巷道噴霧

運輸巷主要以風(fēng)流帶入的粉塵為主，多為粒徑較小的細(xì)小煤塵，飄散距離遠(yuǎn)，濃度不高但難以徹底清除。根據(jù)其在運輸巷的分布和沉降規(guī)律，運輸巷安裝3道自動風(fēng)流凈化水幕和2道捕塵簾（每道5個扇形陶瓷噴嘴），第1道距工作面30m，第2道在帶式輸送機(jī)機(jī)頭以里50m處，第3道在全風(fēng)壓匯合點以里50m處，捕捉風(fēng)流中粉塵。如圖5所示。

3 應(yīng)用效果分析

從智能噴霧降塵系統(tǒng)在河津騰暉煤業(yè)1514、1524、1517、1523四個工作面的應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，能適應(yīng)工作面智能化開采的要求，智能化控制水平高，降塵效果理想。從以上應(yīng)用的四個工作面來看，既有綜采工作面又有綜放工作面，工作面高度2.2～8m，該智能化降塵系統(tǒng)的應(yīng)用包括采煤機(jī)除塵系統(tǒng)、液壓支架智能除塵系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載破碎除塵系統(tǒng)、順槽除塵系統(tǒng)。后期專門針對8m大采高工作面開發(fā)了刮板輸送機(jī)智能噴霧除塵系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了與綜采智能控制系統(tǒng)的聯(lián)動控制，可與綜采智能控制系統(tǒng)融為一體，為智能化開采條件下的群組協(xié)同工作奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

智能化開采是一個統(tǒng)一平臺下的類似機(jī)器人協(xié)同的開采模式。智能化降塵是實現(xiàn)煤炭智能化開采的重要保障，未來的智能化降塵技術(shù)應(yīng)該從傳感器的創(chuàng)新研制入手，融入物聯(lián)技術(shù)，搭上互聯(lián)網(wǎng)快車，用好機(jī)器學(xué)習(xí)，不僅能夠解決智能降塵和無塵礦井建設(shè)的問題，也能為智能化開采奠定基礎(chǔ)。