綜采工作面智能通風(fēng)除塵系統(tǒng)的應(yīng)用分析

范云龍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤公司，山西 大同 037000）

1 2618 工作面概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤公司青磁窯礦2618 工作面位于井田406 盤區(qū)，東部為實(shí)體煤、靠近井田東部煤層露頭線，南部為實(shí)體煤及402 盤區(qū)大巷，西部為已設(shè)計(jì)的2618 順槽，北部為406 盤區(qū)大巷。

2618 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1 200 m，傾向長(zhǎng)度為180 m，回采11 號(hào)煤層，煤層傾角2°～6°，煤厚1.94 m，煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。據(jù)通風(fēng)部數(shù)據(jù)可知，2618 巷瓦斯涌出量為0.36 m3/min，二氧化碳涌出量為0.26 m3/min。煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)為34.63%，煤有自燃傾向性，自然發(fā)火期4～6 個(gè)月。

表1 2618 工作面回采煤層頂?shù)装鍘r性表

2618 工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，由于回采的11 號(hào)煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不穩(wěn)定，采煤機(jī)割煤后煤體呈破碎狀，而工作面風(fēng)速達(dá)2.0 m/s，在高速風(fēng)流作用下產(chǎn)生高濃度揚(yáng)塵，初期工作面在支架下方安裝噴霧裝置進(jìn)行降塵，支架移架過(guò)程中灑水裝置損壞嚴(yán)重，降塵效果差。通過(guò)實(shí)測(cè)，工作面前期回采過(guò)程中的落煤點(diǎn)粉塵質(zhì)量濃度達(dá)188 mg/m3、能見(jiàn)度不足15 m，嚴(yán)重威脅著工作面安全高效回采。

2 智能噴霧除塵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

為了進(jìn)一步提高工作面除塵智能化水平，降低工作面粉塵濃度，通過(guò)技術(shù)研究，對(duì)工作面采用了一套架間智能噴霧除塵系統(tǒng)[1-3]。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

架間智能噴霧除塵系統(tǒng)主要由防爆型電源控制箱、紅外線發(fā)射定位傳感器、電磁控制閥等部分組成。其中電磁控制閥數(shù)量根據(jù)工作面安裝液壓支架數(shù)量而定，2618 工作面共計(jì)安裝109 臺(tái)電磁控制閥，整體框架結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖1 所示。

圖1 智能噴霧除塵系統(tǒng)各設(shè)備電氣連接示意圖

1）防爆型電源控制箱：該系統(tǒng)中的防爆型電源箱主要由1 臺(tái)AT89C52 主機(jī)控制，采用MAX1487E為通信接口，可對(duì)接120 個(gè)發(fā)射器，電源控制箱組成的差分平衡電路具有數(shù)據(jù)運(yùn)輸速度快、能耗小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；電源控制箱采用AC127 供電電源，電源模塊采用三種供電方式，即主5 V 供電片機(jī)系統(tǒng)使用，5 V 供通電系統(tǒng)使用以及12 V 電源供執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用，供電方式相互獨(dú)立，從而有效保證各電路電氣相互隔離，同時(shí)可有效防止電磁干擾。

2）防爆電磁控制閥：防爆電磁控制閥具有通信、檢測(cè)、執(zhí)行控制等功能，采用89C2051 型芯片作為控制閥MCU，其主要用于實(shí)時(shí)信息的發(fā)送，以及執(zhí)行電源控制箱下發(fā)的各項(xiàng)指令；電磁閥驅(qū)動(dòng)電路主要采用光電隔離固態(tài)繼電器設(shè)計(jì)方式，這就解決了傳統(tǒng)繼電器常出現(xiàn)的接觸不良的技術(shù)難題，采用純鐵作為閥芯，具有電磁轉(zhuǎn)換效率高、閥門關(guān)閉動(dòng)作靈敏以及抗載荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3）紅外線發(fā)射定位傳感器：傳感器內(nèi)部安裝了型號(hào)為NE555 芯片，采用117.5 Hz、300 Hz 以及500 Hz 三種波頻進(jìn)行脈沖調(diào)制；為了便于在不同型號(hào)的采煤機(jī)上進(jìn)行使用，傳感器主要采用36 V、127 V、220 V 三種電源進(jìn)行供電；在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，傳感器主要利用IR333 發(fā)射管將定位信號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送至電磁控制閥接收器內(nèi)。

2.2 系統(tǒng)主要功能

1）采煤機(jī)跟蹤定位功能：智能噴霧系統(tǒng)可通過(guò)紅外線來(lái)定位工作面采煤機(jī)割煤位置，準(zhǔn)確控制架間噴霧。

2）數(shù)據(jù)采集集中控制功能：采用的電磁控制閥體積小、集成度高電纜連接方便，在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信、定位檢測(cè)及水流控制一體的目的。

3）動(dòng)作指令集中控制功能：系統(tǒng)集中控制的電源箱是智能除塵系統(tǒng)的核心配件，電源箱利用電磁控制閥對(duì)采煤機(jī)實(shí)時(shí)位置信息進(jìn)行采集，并對(duì)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)及功能進(jìn)行相應(yīng)控制。

4）全斷面扇形噴霧功能：噴霧系統(tǒng)安裝在架間，根據(jù)采煤機(jī)采煤位置、采煤機(jī)量以及粉塵濃度實(shí)時(shí)調(diào)控噴霧狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了工作面全斷面扇形噴霧的功能。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

3.1 實(shí)際應(yīng)用對(duì)比

截至2021 年4 月，經(jīng)過(guò)4 個(gè)月的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，與傳統(tǒng)噴霧裝置相比，該系統(tǒng)自動(dòng)化水平高、降塵效果好[4]，分別對(duì)后期回采過(guò)程中工作面的落煤點(diǎn)、機(jī)道、卸載點(diǎn)以及回風(fēng)順槽內(nèi)的粉塵濃度采集情況進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果如表2 所示。由表2 可知，2618 工作面安裝了智能噴霧除塵系統(tǒng)后，工作面在后期回采過(guò)程中的工作面粉塵濃度大大降低，工作面能見(jiàn)度提高至50 m 以上，起到了有效的降塵效果。

表2 不同類型降塵效果對(duì)比分析表 mg/m3

3.2 智能除塵系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）2618 工作面采用智能噴霧除塵系統(tǒng)自動(dòng)化水平高，根據(jù)采煤機(jī)采煤情況可自動(dòng)進(jìn)行降塵，無(wú)需人工干預(yù)，這樣便大大降低了工作面上人工降塵勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度[5]。

2）操作人員可對(duì)噴霧系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如噴霧范圍、噴霧量等，從而減少工作面靜壓水損失，避免工作面應(yīng)灑水量大導(dǎo)致工作面出現(xiàn)積水現(xiàn)象，提高工作面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平。

3）該系統(tǒng)主要采用扇形噴霧除塵技術(shù)，噴霧時(shí)可利用強(qiáng)霧水幕對(duì)工作面端面進(jìn)行封堵，從而大大提高工作面防塵效果。

4 結(jié)語(yǔ)

2618 工作面采用智能噴霧除塵系統(tǒng)后，成功解決了傳統(tǒng)噴霧裝置降塵效果差、自動(dòng)化水平低等技術(shù)難題；該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)定位裝置可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)割煤位置以及工作面粉塵濃度，從而自動(dòng)開(kāi)啟電磁控制閥，實(shí)現(xiàn)了工作面全斷面噴霧除塵的目的，降低了噴霧除塵人工作業(yè)強(qiáng)度；同時(shí)還可利用該系統(tǒng)中電源控制箱對(duì)系統(tǒng)灑水量、灑水地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置、選擇，從而保證工作面高效的除塵效果，取得了很好的應(yīng)用成效。