一、研制背景
隨著我國(guó)煤礦粉塵危害防治標(biāo)準(zhǔn)提高，尤其是《煤礦作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)病危害防治規(guī)定》和《煤礦安全規(guī)程》（2016版）下發(fā)后，掘進(jìn)工作面現(xiàn)有粉塵治理裝備已不能滿足粉塵防治要求，主要存在以下問題。
1.除塵風(fēng)機(jī)選型不合理。大多數(shù)礦井還在使用風(fēng)量小、除塵效率低的水射流除塵風(fēng)機(jī)。有的礦井即使選用了電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)，但由于電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量選型較小，不能對(duì)污染風(fēng)流全部處理。
2.粉塵在線監(jiān)控系統(tǒng)作用發(fā)揮有限。由于現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度時(shí)常超限報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員往往將粉塵傳感器懸掛到距離掘進(jìn)工作面幾百米甚至更遠(yuǎn)，起不到監(jiān)測(cè)粉塵濃度的作用。
3.礦用除塵設(shè)備除自動(dòng)噴霧以外，均以手動(dòng)操作為主，自動(dòng)化程度低、可靠性差、耗水量大除塵效果差，成本造價(jià)高，難以推廣普及。
二、研究?jī)?nèi)容
該項(xiàng)技術(shù)以礦井粉塵在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)為平臺(tái)，無(wú)需任何投入，只需按照接線圖接線即可實(shí)現(xiàn)粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)和噴漿機(jī)（綜掘機(jī)）三者之間的相互關(guān)聯(lián)。
1.系統(tǒng)構(gòu)成
掘進(jìn)工作面粉塵在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制除塵系統(tǒng)主要由KJ76N-F型監(jiān)控分站、電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)、電磁閥、抽出式負(fù)壓風(fēng)筒、抽出式負(fù)壓三通、設(shè)備狀態(tài)開停傳感器等設(shè)備組成，設(shè)備布置情況見下圖。
系統(tǒng)設(shè)備布置示意圖
1—電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī) 2—開關(guān) 3—噴漿機(jī) 4—耙裝機(jī) 5—負(fù)壓風(fēng)筒 6—電磁閥 7—監(jiān)控分站 8—粉塵傳感器 9—回風(fēng)水幕 10—壓入式風(fēng)筒 11—開停傳感器 12—負(fù)壓三通
2.基本原理
（1）接線原理
粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用KJ76N-F型監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控分站使用的是KJ76N-F型分站，監(jiān)控分站采集的粉塵濃度模擬信號(hào)通過BUS+和BUS-傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測(cè)監(jiān)控中心的控制電腦。地面監(jiān)測(cè)監(jiān)控中心通過控制電腦將粉塵傳感器報(bào)警濃度設(shè)定為4mg/m3。監(jiān)測(cè)監(jiān)控中心控制電腦設(shè)定粉塵傳感器為第一路數(shù)字模擬量傳感器，并且關(guān)聯(lián)公共和常閉斷電控制器，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)開關(guān)與KJ76N-F型監(jiān)控分站關(guān)聯(lián)。噴漿機(jī)與電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)開關(guān)關(guān)聯(lián)。電磁閥與電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)QBZ-80A型開關(guān)關(guān)聯(lián)。
（2）控制原理
①粉塵傳感器和電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制原理
當(dāng)粉塵濃度小于4mg/m3時(shí)，KJ76N-F型監(jiān)控分站處于常開狀態(tài)，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)開關(guān)無(wú)法啟動(dòng)。當(dāng)粉塵濃度大于4mg/m3時(shí)，KJ76N-F型監(jiān)控分站動(dòng)作，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)開關(guān)吸合，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。同時(shí)，電磁閥通過與電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)開關(guān)關(guān)聯(lián)，電磁閥打開，給電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)和回風(fēng)水幕供水，開始進(jìn)行除塵和降塵作業(yè)。
②噴漿機(jī)和電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制原理
噴漿機(jī)開關(guān)啟動(dòng)后，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)開關(guān)吸合，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。同時(shí)，電磁閥通過電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)開關(guān)關(guān)聯(lián)，電磁閥打開，給電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)和回風(fēng)水幕供水，開始進(jìn)行除塵和降塵作業(yè)。
③綜掘機(jī)和電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制原理
綜掘機(jī)開關(guān)啟動(dòng)后，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)開關(guān)吸合，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。同時(shí)，電磁閥通過電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)開關(guān)關(guān)聯(lián)，電磁閥打開，給電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)和回風(fēng)水幕供水，開始進(jìn)行除塵和降塵作業(yè)。
三、與同類技術(shù)對(duì)比
1.以往除塵設(shè)備多數(shù)為手動(dòng)操作，少數(shù)自動(dòng)化除塵系統(tǒng)僅采用關(guān)聯(lián)全斷面噴霧進(jìn)行降塵，除塵效率低、耗水量大、自動(dòng)化程度低，只適用于泄水條件好的掘進(jìn)巷道。拓展了粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)了粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與高效電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)、噴漿機(jī)（綜掘機(jī)）與電動(dòng)高效除塵風(fēng)機(jī)的有效自動(dòng)關(guān)聯(lián)，徹底解決了除塵效率低、耗水量大和自動(dòng)化程度低的重大問題。
2.以往掘進(jìn)除塵成套自動(dòng)化設(shè)備投入費(fèi)用高，每套設(shè)備（系統(tǒng)）售價(jià)都在萬(wàn)元以上，僅能在大型現(xiàn)代化礦井個(gè)別掘進(jìn)巷道使用。本成果充分有效利用現(xiàn)有粉塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，通過對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)改造，即可實(shí)現(xiàn)所有功能，投入小，具有極大的普及和推廣價(jià)值。
3.以往現(xiàn)有防塵技術(shù)和設(shè)備的除塵效果達(dá)不到《煤礦安全規(guī)程》第640條的標(biāo)準(zhǔn)要求，掘進(jìn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)粉塵傳感器懸掛距離掘進(jìn)工作面幾百米甚至更遠(yuǎn)，起不到監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度的作用。本成果具備根據(jù)設(shè)定粉塵濃度上限隨時(shí)開啟除塵設(shè)備進(jìn)行除塵的功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)迎頭污染風(fēng)流流向的定向控制，在掘進(jìn)工作面建立無(wú)塵安全區(qū)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面粉塵濃度時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保了掘進(jìn)工作面作業(yè)范圍內(nèi)粉塵濃度不超標(biāo)。
四、成果先進(jìn)性
1.拓展了粉塵在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)了粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與高效電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)、噴漿機(jī)（綜掘機(jī)）與電動(dòng)高效除塵風(fēng)機(jī)的有效自動(dòng)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了爆破、噴漿、割煤三個(gè)主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)的自動(dòng)化有效除塵。
2.能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要任意設(shè)定除塵濃度上限，當(dāng)粉塵濃度達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)和回風(fēng)水幕自動(dòng)啟動(dòng)或啟動(dòng)噴漿機(jī)（綜掘機(jī)）時(shí)，電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)和回風(fēng)水幕自動(dòng)啟動(dòng)。系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高，自動(dòng)化程度高，杜絕了除塵設(shè)備的人為操作控制，極大提高了設(shè)備利用率。
3.該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)迎頭污染風(fēng)流流向的定向控制，在電動(dòng)除塵吸風(fēng)口后建立無(wú)塵安全區(qū)，并實(shí)現(xiàn)電動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和掘進(jìn)工作面粉塵濃度時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保了掘進(jìn)工作面作業(yè)范圍內(nèi)粉塵濃度不超標(biāo)。
五、效益分析
1.經(jīng)濟(jì)效益
根據(jù)某礦掘進(jìn)工作面除塵系統(tǒng)改造前后應(yīng)用情況對(duì)比，每年可減少設(shè)備投入費(fèi)用23余萬(wàn)元（不含維修配件更換費(fèi)用）。
2.社會(huì)效益
該系統(tǒng)設(shè)定在掘進(jìn)工作面的粉塵達(dá)到上線指標(biāo)時(shí)啟動(dòng)設(shè)備除塵，建立了無(wú)塵安全作業(yè)區(qū)，有效解決了巷道粉塵堆積問題，極大改善了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，減少員工塵肺病的發(fā)生，提高了掘進(jìn)效率，保證了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
六、推廣應(yīng)用前景
掘進(jìn)工作面粉塵在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制除塵系統(tǒng)以礦井粉塵在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)為平臺(tái)，具有資金投入少、除塵量大、除塵效率高、除塵用水量少、自動(dòng)化程度高和系統(tǒng)工作穩(wěn)定的特點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)了爆破、噴漿、割煤三個(gè)掘進(jìn)主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)的有效除塵，在掘進(jìn)工作面建立了安全無(wú)塵區(qū)。該項(xiàng)成果已在部分煤礦企業(yè)得到推廣應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于礦井掘進(jìn)作業(yè)地點(diǎn)，對(duì)提高井下掘進(jìn)巷道粉塵治理具有十分顯著的示范作用和推廣應(yīng)用價(jià)值。
小編評(píng)論
隨著我國(guó)煤礦粉塵危害防治標(biāo)準(zhǔn)提高，掘進(jìn)工作面現(xiàn)有粉塵治理裝備暴露出了很多問題。本文介紹了一種新型掘進(jìn)工作面粉塵在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制除塵系統(tǒng)，解決了除塵效率低、耗水量大和自動(dòng)化程度低的重大問題。與技術(shù)相比擁有多種優(yōu)勢(shì)，大大拓展了粉塵在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能。
該技術(shù)可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有極大的普及和推廣價(jià)值。希望有采用意向和合作需求的企業(yè)與我們聯(lián)系。
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