集控除塵系統(tǒng)在智能煤礦的應(yīng)用

文/盧學(xué)明 白仕軍

井下作業(yè)主要產(chǎn)塵地點(diǎn)為綜采工作面以及綜掘工作面，占比達(dá)85%以上。由于工作環(huán)境相對(duì)密閉，空氣流動(dòng)性差，對(duì)作業(yè)人員危害大，因此成為井下粉塵治理的難點(diǎn)及重點(diǎn)。為此，神東煤炭集團(tuán)錦界煤礦除通過煤層注水的方式減少作業(yè)中產(chǎn)生的粉塵外，還在技術(shù)上尋求突破，增加智能除塵系統(tǒng)設(shè)備，抑制粉塵飛揚(yáng)和擴(kuò)散，減少井下作業(yè)人員對(duì)粉塵的接觸。

一、集控除塵系統(tǒng)組成及功能

1．組成

集控除塵系統(tǒng)主要由礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、礦用隔爆兼本安型直流電源、礦用本安型無線自動(dòng)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(dòng)球閥等組成。

2．集控除塵系統(tǒng)功能

集控除塵系統(tǒng)全面支持Windows等操作系統(tǒng)，支持TCP/IP協(xié)議，是由多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的井下網(wǎng)絡(luò)，安裝配置便捷，可靠性高。

集控除塵系統(tǒng)通過地面監(jiān)控中心，能夠持續(xù)對(duì)地面和井下防塵子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并具有分析處理、動(dòng)態(tài)顯示、統(tǒng)計(jì)存貯、超限報(bào)警、斷電控制和統(tǒng)計(jì)報(bào)表查詢打印、網(wǎng)上共享等功能。

集控除塵系統(tǒng)能夠?qū)尤刖W(wǎng)絡(luò)的噴霧降塵設(shè)備、視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)等進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、顯示，檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行工況，能夠?qū)σ陨涎b置和設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，也能夠?qū)σ陨涎b置和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（開、停）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3．集控除塵系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）可實(shí)時(shí)在線檢測(cè)全礦井除塵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及工作參數(shù)。

（2）可實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵濃度、溫濕度和水壓等環(huán)境參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢。

（3）可獨(dú)立運(yùn)行，穩(wěn)定性、可控性高，易于擴(kuò)展。

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

（5）可異地檢測(cè)降塵裝置的實(shí)時(shí)信息、遠(yuǎn)程查詢檢測(cè)數(shù)據(jù)和報(bào)表，同時(shí)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（6）集控平臺(tái)采用面向?qū)ο蟮哪K化程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)接口豐富、集成靈活，可適應(yīng)不同的系統(tǒng)規(guī)模。

（7）可與智能通風(fēng)系統(tǒng)等平臺(tái)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)通防“一張圖”的管理模式。

二、集控除塵系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1．礦用本安型無線自動(dòng)灑水降塵控制箱

（1）功能原理。礦用本安型無線自動(dòng)灑水降塵控制箱（簡(jiǎn)稱降塵電控箱），主要用于煤礦綜采、綜掘工作面產(chǎn)生粉塵的作業(yè)場(chǎng)所，通過自動(dòng)灑水，降塵除塵，凈化作業(yè)場(chǎng)所。降塵電控箱是改善和治理粉塵作業(yè)環(huán)境，治理粉塵危害的安全設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常工作的中央處理單元，是本系統(tǒng)的主要設(shè)備。

粉塵濃度傳感器、溫度和濕度傳感器把現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到降塵電控箱，降塵電控箱通過井下的工業(yè)環(huán)網(wǎng)再將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到井上的集控除塵系統(tǒng)平臺(tái)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)降塵區(qū)域的粉塵濃度（或溫濕度）超過設(shè)定的上限值后，降塵控制箱自動(dòng)開啟噴霧降塵模式，噴霧設(shè)備開始工作；當(dāng)粉塵濃度（或溫、濕度）下降到設(shè)定值的下限時(shí)，噴霧設(shè)備停止工作。

（2）性能參數(shù)。礦用本安型無線自動(dòng)灑水降塵控制箱主要性能參數(shù)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(xié)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(hào)和電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、粉塵測(cè)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(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)域，通過光散射原理直接對(duì)工作面粉塵濃度進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)顯示粉塵濃度相關(guān)信息，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至礦用本安型無線自動(dòng)灑水降塵電控箱，由降塵電控箱根據(jù)粉塵濃度的數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)噴霧降塵處理，同時(shí)將粉塵濃度測(cè)量值上傳至集控軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理。

工作電壓：DC12V～DC24V；工作電流：≤200mA；測(cè)量范圍：1mg/m3～1000mg/m3；測(cè)量相對(duì)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(yīng)模塊和信號(hào)處理模塊兩部分，輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，可靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng)。溫濕度探頭由一個(gè)濕敏感元件和一個(gè)測(cè)溫元件組成，并將A/D轉(zhuǎn)換器融合對(duì)接串口電路。探頭防塵膜采用聚酯平紋，可防止液態(tài)水滲透。

（2）性能參數(shù)。礦用溫濕度傳感器性能參數(shù)如下。

工作電壓：DC9V～21V；工作電流：≤50mA；溫度檢測(cè)范圍：0～50℃；濕度檢測(cè)范圍：0～100%RH；溫度檢測(cè)精度：±1℃；濕度檢測(cè)精度：濕度30%～90%時(shí)，±3%RH；濕度0～30%，90%～100%時(shí)，±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(yīng)到人體信號(hào)時(shí)，傳感器發(fā)射無線信號(hào)，信號(hào)經(jīng)傳感器進(jìn)行電信號(hào)檢測(cè)、放大處理后，輸出無線指令給電控箱，電控箱對(duì)電動(dòng)球閥（或電磁閥）進(jìn)行相應(yīng)操作。

將1號(hào)線二期上林路站閘機(jī)布置調(diào)整為西側(cè)進(jìn)站、東側(cè)出站(見圖7)，同時(shí)調(diào)整自動(dòng)扶梯運(yùn)行方向?yàn)槲鱾?cè)下行、東側(cè)上行。這樣進(jìn)出站客流方向與換乘客流方向一致，不會(huì)造成客流交叉。

（2）性能參數(shù)。礦用本安型無線紅外熱釋電傳感器性能參數(shù)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(tǒng)工作原理

AQ1020-2006《煤礦井下粉塵綜合防治技術(shù)規(guī)范》第4.3.5條規(guī)定：“采煤工作面回風(fēng)巷應(yīng)安設(shè)至少兩道風(fēng)流凈化水幕，并宜采用自動(dòng)控制風(fēng)流凈化水幕”，第5.5.6條規(guī)定：“采掘工作面回風(fēng)應(yīng)安設(shè)粉塵濃度傳感器進(jìn)行粉塵濃度連續(xù)監(jiān)測(cè)”。本集控除塵系統(tǒng)技術(shù)方案選用的粉塵濃度超限噴霧降塵裝備，在回風(fēng)巷距工作面10m處和30m處各布置一道風(fēng)流凈化水幕，通過將該噴霧裝置通過井下的工業(yè)環(huán)網(wǎng)接入集控軟件平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)流凈化水幕的自動(dòng)控制和對(duì)粉塵濃度的在線檢測(cè)。

粉塵濃度超限噴霧降塵裝置采用粉塵濃度傳感器檢測(cè)風(fēng)流中的粉塵濃度，當(dāng)粉塵濃度超過設(shè)定的濃度值（可根據(jù)煤礦實(shí)際情況自行設(shè)定）時(shí)，自動(dòng)打開凈化水幕；若粉塵濃度低于設(shè)定的濃度值時(shí)，噴霧水幕可自動(dòng)關(guān)掉。

四、集控除塵系統(tǒng)創(chuàng)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(dòng)球閥的工作狀態(tài)、粉塵濃度、溫濕度檢測(cè)結(jié)果等。

2．就地遙控調(diào)校功能

可對(duì)主控箱進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、工作模式選擇、延時(shí)設(shè)置等，可通過遙控器按需求設(shè)置噴霧降塵主控箱的各參數(shù)。

3．可對(duì)粉塵濃度與環(huán)境濕度觸發(fā)條件進(jìn)行設(shè)定

當(dāng)粉塵濃度大于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)噴霧，降到設(shè)定值以下后停止噴霧；當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)開啟噴霧降塵裝備，超過設(shè)定值時(shí)，停止噴霧。

五、集控除塵系統(tǒng)應(yīng)用效果

2021年6月，錦界礦在井下31煤綜采連掘回風(fēng)順槽等區(qū)域共設(shè)置了2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行了50多天的試運(yùn)行。通過對(duì)錦界礦現(xiàn)場(chǎng)情況分析，在對(duì)粉塵濃度監(jiān)測(cè)裝置設(shè)置了35mg/m3、45mg/m3、55mg/m3噴霧限值的情況下，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地按照設(shè)定的閥值開啟噴霧降塵，從而實(shí)現(xiàn)了粉塵濃度的在線監(jiān)測(cè)與自動(dòng)降塵功能。

通過長(zhǎng)時(shí)間不定時(shí)的粉塵濃度監(jiān)測(cè)，對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差較小，在±0.3%之間，由監(jiān)測(cè)結(jié)果可以得出結(jié)論：自動(dòng)噴霧降塵裝置具有高穩(wěn)定性和高可靠性，受外界干擾影響較小，整體設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期效果。