远程智能通风除尘系统在掘进巷道中应用

魏振华

（大同煤矿集团朔州煤电小峪煤业有限公司，山西 朔州 038301）

1 概述

大同煤矿集团朔州煤电小峪煤业有限公司位于大同煤田中部的东南边缘，地处怀仁境内。矿井设计生产能力为1.2Mt/a，矿井开拓方式为斜井盘区式，分上、下两个水平，第一水平为1110 水平，第二水平为1020 水平，现生产水平为1110 水平，回采煤层为山4#煤层。

2105 巷位于1110 水平一盘区北翼，巷道设计长度为1200m，巷道断面规格为宽× 高=4.5×3.5m，掘进煤层为山4#煤层。2105 巷采用综合机械化掘进工艺进行施工，截至目前巷道已掘进520m。

由于2105 巷掘进煤层为二叠纪下统山西组煤层，煤层发育不稳定，成破碎状，煤尘挥发性高，而且巷道平均掘进量为17.5m/d，导致巷道掘进期间粉尘浓度高，经检测最高粉尘浓度达314mg/m3。巷道掘进期间采用传统的喷雾洒水进行降尘处理，但是该方式降尘效果差，自动化水平低，劳动强度大，造成采区静压水压力降低、巷道积水量大等现象。对此，为了提高巷道防尘效果，研究设计了一套远程智能通风除尘系统。

2 远程智能通风除尘系统结构

远程智能通风除尘系统主要由两部分组成：地面远程监控系统和井下除尘系统。

2.1 地面远程监控系统

地面远程监控系统主要由地面交换站、工业千兆以太网、主机操控系统等部分组成。

（1）地面交换站主要安装在井口处，利用工业以太网及井筒内安装的信号接收器与井下交换站进行数据信号传递。

（2）主机操控系统主要由主机系统、显示器、打印机等部分组成。主机系统安装专用软件，可通过显示器显示巷道内粉尘浓度及除尘系统工作状态。

2.2 井下除尘系统

2105 巷井下除尘系统主要由泡沫抑尘系统和高压喷雾旋转捕尘系统以及PLC 控制柜、井下网路交换站等部分组成。

（1）PLC 控制柜。PLC 控制柜主要进行数据采集、处理、分析以及转换，并将转换的数据信号通过井下网路交换站传送至地面。PLC 控制柜分别与泡沫抑尘系统和高压喷雾旋转捕尘系统连接。如图1 所示。

图1 2105 巷远程智能通风除尘系统结构示意图

（2）泡沫抑尘系统。该系统主要由80A 联锁开关、电控液阀、粉尘浓度传感器、泡沫生成器以及螺旋高压喷头等部分组成。粉尘浓度传感器动作保护范围为60~120mg/m3。

（3）高压喷雾旋转捕尘系统。该系统主要由80A 联锁开关、电控液阀、5kW 潜水泵、旋转水幕、粉尘浓度传感器等部分组成。粉尘浓度传感器动作保护范围为30~55mg/m3。

3 远程智能通风除尘系统工作原理

3.1 泡沫抑尘系统工作原理

（1）泡沫抑尘系统安装在距工作面150m 处，系统中粉尘浓度传感器安装在旋转高压喷头前方5.0m 处。当施工巷道进行掘进机割煤时，通过联锁作用泡沫抑尘系统中粉尘浓度传感器及时接通电源，进行巷道粉尘浓度监测。

（2）当巷道内粉尘浓度达到120mg/m3时，传感器及时进行动作保护并将监测数据上传至PLC 控制柜，控制柜接收数据信号后进行分析处理，并对80A 联锁开关发出“开启”指令。

（3）联锁开关接收指令后及时对电控液阀供电，泡沫生成器进行工作，并通过螺旋高压喷头将高浓度泡沫喷出进行泡沫抑尘。

（4）当粉尘浓度低于60mg/m3时，传感器再次将数据信号传递至PLC 控制柜，通过控制柜信号处理后及时将“关闭”指令传送至联锁开关。联锁开关接收指令后切断电控液阀电源，泡沫抑尘系统停止工作。

3.2 高压喷雾旋转捕尘系统工作原理

（1）巷道污风经泡沫抑尘系统捕尘后，若风流中粉尘浓度高于55mg/m3时， 高压喷雾旋转捕尘系统中粉尘浓度传感器及时将收集数据信号传递至PLC 控制柜并进行分析处理。

（2）PLC 控制柜对数据信号处理后，将“开启”指令发送至联锁开关；联锁开关接收指令后及时打开电控液阀及5kW 潜水泵。

（3）潜水泵及电控液阀接通电源后及时对防尘水幕进行高压喷雾，并形成连续的防尘水帘；捕尘后污水经水幕底部过滤槽过滤后流入蓄水池。蓄水池内水源通过潜水泵循环对水幕高压供水。

（4）当粉尘浓度低于55mg/m3时，经传感器信号传递、PLC 控制柜处理，及时将“关闭”信号传递至联锁开关。联锁开关接收指令后切断潜水泵及电控液阀电源，高压喷雾旋转捕尘系统停止工作。

3.3 地面监控系统工作原理

PLC 控制柜将巷道粉尘浓度、各降尘系统工作状态如压力、降尘时间、系统故障等转换为数据信号，传递至井下网路交换站。经井筒信号接收器、工业千兆以太网传送至井口网路交换站，然后利用信号电缆传送至操控室内的主机系统，并通过显示器直观地显示出降尘系统工作状况。操作人员可利用软件界面按钮对系统进行远程控制。

4 结束语

远程智能通风除尘系统，通过实际应用取得了显著成效。

（1）操作简单，成本费用低。该系统结构相对简单，成本费用低，每套系统成本费用仅为1.4万元。该系统故障率低，配件成本费用低，便于日常维护。

（2）降尘效果好。与传统喷雾洒水相比，该系统实现多级降尘，粉尘浓度相对较高时采用泡沫抑尘，抑尘后再进行防尘水幕捕尘，大大提高巷道降尘效果。2105 巷在后期掘进期间经远程智能通风除尘系统降尘后，巷道粉尘浓度控制在30mg/m3以下。

（3）提高除尘自动化水平。该系统实现了远程除尘的目的，系统在运行过程中地面操控室只需一人值守即可。同时该系统可根据巷道内不同粉尘浓度实现自动开启、关闭。与传统人工操作喷雾洒水系统相比，不仅降低了巷道劳动成本，而且提高了除尘自动化水平。