采煤机新型喷雾降尘系统分析

裴联芳

（长治市煤矿技术服务中心，山西 长治 046000）

引言

采煤机是井下综采作业的核心设备，其工作稳定性和可靠性直接决定了井下综采作业的效率，在综采作业过程中，煤炭从煤壁上剥离时会产生大量的粉尘，不仅使综采面能见度降低，影响综采安全性而且还给综采作业人员的身体健康造成极大的影响。目前的采煤机虽然配备有喷雾降尘装置，但采用了定压力喷雾降尘控制模式，喷雾降尘的控制效率较低，喷雾降尘效果差，无法满足井下自动化高速综采作业的需求。因此，本文结合井下喷雾降尘的实际需求，提出并分析一种新的喷雾降尘控制系统。

1 喷雾降尘控制系统

为了满足灵活控制的需求，本文所提出的采煤机新型喷雾降尘控制系统主要包括控制中心、增压装置、通信模组、喷雾分控制器等，其采用了模块化的结构，提高了使用灵活性，能够根据采煤机的不同情况进行灵活的调整，其整体结构如图1所示[1]。

图1 喷雾降尘控制系统示意图

由图1可知，该控制系统分为地面控制中心和井下控制系统两个部分，地面控制中心主要显示井下综采作业环境和采煤机的综采作业状态，为监测人员的远程控制和调节提供依据。井下控制系统主要包括了主控制器、喷雾分控制器、通信系统和增压水泵，分控制器主要用于对各喷雾装置的喷雾状态进行监测，将监测结果通过CAN数据通信系统汇总到主控制器，主控器结合各分喷雾装置的监测结果及井下综采作业环境后，对增压水泵的增压量进行调整，从而满足在不同工况下柔性喷雾降尘控制的需求。

2 喷雾分控制器

喷雾分控制器是井下喷雾控制的核心，其控制准确性直接决定了喷雾降尘的效果，由于采煤机综采作业环境恶劣，因此在满足控制需求的前提下需要尽量提升分控制器的使用可靠性。因此该分控制器在设计时优先采用了模块化设计，主要包括集成式传感器模块、微控制器模块、电源模块及数据收发模块[2]。

传感器模块同样采用了集成化设计的方式，主要包括粉尘传感器、温度传感器、红外传感器等，用于对采煤机周围综采环境及采煤环境进行监测，然后将监测信息传递给微控制器模块，为喷雾降尘控制系统的集中调控提供依据。电源模块主要为各功能模块的正常运行提供稳定的电源，数据收发模块主要用于各控制器之间的相互通信，确保数据通信的安全性和可靠性，该喷雾分控制器整体结构如下页图2所示，其中粉尘传感器采用了ZK-500型传感器、烟雾传感器选择GQQ5型传感器，在温度超过设定值时自动触发控制报警信号，红外传感器选择GUG8F型的，能够以红外线作为信息载体，然后将数据信号转换为电信号，传输给分控制器，触控传感器采用ZP-12C型，声控传感器选择ZP-127型，所选传感器均具有很高的可靠性，有效提升井下的实际应用效果。

图2 喷雾分控制器整体结构示意图

3 喷雾控制系统控制逻辑

井下采煤机综采作业环境复杂，同一时间内的数据信息量极大，因此需要对喷雾控制系统的控制程序进行优化，保证系统的运行稳定性，项目组经过对采煤机截割作业规律、喷雾降尘规律的分析，并考虑作业时可能产生的数据波动，最终确定了采用双重判断的控制逻辑，其控制流程如图3所示[3]。

图3 喷雾降尘控制逻辑示意图

由图3可知，该控制系统以单片机为控制核心，采用年C语音编制器来对各个功能程序进行控制，同时为了保持系统的工作效率并提高逻辑运算的便捷性，采用了调用子程序模式来实现系统的模块化设计，系统通过判断是否为控制指令并对现场采集的数据信息进行分析，综合判断OK后系统才会执行调控命令，实现对该控制系统的柔性控制，满足不同情况下的智能喷雾降尘需求。

4 喷嘴结构优化

喷雾降尘装置的喷嘴结构直接决定了喷雾降尘的效率和可靠性，目前多数喷嘴结构为直通式喷嘴，喷嘴直径为1 mm在使用过程中喷嘴易堵塞，而且在不同压力作用下的雾化效果变化不显著，难以满足多工况下的喷雾降尘需求，因此经过多次试验验证后，本文提出了一种新的喷嘴结构，如图4所示[4]。

图4 新型喷嘴结构示意图

由图4可知，该新型喷嘴采用了中空式喷雾引射腔，引射腔后侧有喷雾引射筒，当采煤机在综采作业时，喷雾降尘装置将高压水喷出，从而在引射腔内形成一个负压区，将周围含有煤粉的空气吸入到引射腔内，然后再将气流喷出，提高降尘效果。

5 结论

1）采煤机新型喷雾降尘控制系统主要包括控制中心、增压装置、通信模组、喷雾分控制器等，其采用了模块化的结构，具有可靠性高，灵活性好的优点；

2）分控制器在设计时优先采用了模块化设计，主要包括集成式传感器模块、微控制器模块、电源模块及数据收发模块；

3）新型喷嘴采用了中空式喷雾引射腔，能够有效提高降尘效果。