一、研制背景
隨著我國煤礦粉塵危害防治標準提高，尤其是《煤礦作業(yè)場所職業(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.除塵風機選型不合理。大多數(shù)礦井還在使用風量小、除塵效率低的水射流除塵風機。有的礦井即使選用了電動除塵風機，但由于電動除塵風機吸風量選型較小，不能對污染風流全部處理。
2.粉塵在線監(jiān)控系統(tǒng)作用發(fā)揮有限。由于現(xiàn)場粉塵濃度時常超限報警，現(xiàn)場作業(yè)人員往往將粉塵傳感器懸掛到距離掘進工作面幾百米甚至更遠，起不到監(jiān)測粉塵濃度的作用。
3.礦用除塵設備除自動噴霧以外，均以手動操作為主，自動化程度低、可靠性差、耗水量大除塵效果差，成本造價高，難以推廣普及。
二、研究內容
該項技術以礦井粉塵在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)為平臺，無需任何投入，只需按照接線圖接線即可實現(xiàn)粉塵在線監(jiān)測系統(tǒng)、電動除塵風機和噴漿機（綜掘機）三者之間的相互關聯(lián)。
1.系統(tǒng)構成
掘進工作面粉塵在線監(jiān)測和自動控制除塵系統(tǒng)主要由KJ76N-F型監(jiān)控分站、電動除塵風機、電磁閥、抽出式負壓風筒、抽出式負壓三通、設備狀態(tài)開停傳感器等設備組成，設備布置情況見下圖。
系統(tǒng)設備布置示意圖
1—電動除塵風機 2—開關 3—噴漿機 4—耙裝機 5—負壓風筒 6—電磁閥 7—監(jiān)控分站 8—粉塵傳感器 9—回風水幕 10—壓入式風筒 11—開停傳感器 12—負壓三通
2.基本原理
（1）接線原理
粉塵在線監(jiān)測系統(tǒng)采用KJ76N-F型監(jiān)測監(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通過BUS+和BUS-傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測監(jiān)控中心的控制電腦。地面監(jiān)測監(jiān)控中心通過控制電腦將粉塵傳感器報警濃度設定為4mg/m3。監(jiān)測監(jiān)控中心控制電腦設定粉塵傳感器為第一路數(shù)字模擬量傳感器，并且關聯(lián)公共和常閉斷電控制器，電動除塵風機開關與KJ76N-F型監(jiān)控分站關聯(lián)。噴漿機與電動除塵風機開關關聯(lián)。電磁閥與電動除塵風機QBZ-80A型開關關聯(lián)。
（2）控制原理
①粉塵傳感器和電動除塵風機聯(lián)動控制原理
當粉塵濃度小于4mg/m3時，KJ76N-F型監(jiān)控分站處于常開狀態(tài)，電動除塵風機開關無法啟動。當粉塵濃度大于4mg/m3時，KJ76N-F型監(jiān)控分站動作，電動除塵風機開關吸合，電動除塵風機啟動。同時，電磁閥通過與電動除塵風機開關關聯(lián)，電磁閥打開，給電動除塵風機和回風水幕供水，開始進行除塵和降塵作業(yè)。
②噴漿機和電動除塵風機聯(lián)動控制原理
噴漿機開關啟動后，電動除塵風機開關吸合，電動除塵風機啟動。同時，電磁閥通過電動除塵風機開關關聯(lián)，電磁閥打開，給電動除塵風機和回風水幕供水，開始進行除塵和降塵作業(yè)。
③綜掘機和電動除塵風機聯(lián)動控制原理
綜掘機開關啟動后，電動除塵風機開關吸合，電動除塵風機啟動。同時，電磁閥通過電動除塵風機開關關聯(lián)，電磁閥打開，給電動除塵風機和回風水幕供水，開始進行除塵和降塵作業(yè)。
三、與同類技術對比
1.以往除塵設備多數(shù)為手動操作，少數(shù)自動化除塵系統(tǒng)僅采用關聯(lián)全斷面噴霧進行降塵，除塵效率低、耗水量大、自動化程度低，只適用于泄水條件好的掘進巷道。拓展了粉塵在線監(jiān)測系統(tǒng)功能，實現(xiàn)了粉塵在線監(jiān)測系統(tǒng)與高效電動除塵風機、噴漿機（綜掘機）與電動高效除塵風機的有效自動關聯(lián)，徹底解決了除塵效率低、耗水量大和自動化程度低的重大問題。
2.以往掘進除塵成套自動化設備投入費用高，每套設備（系統(tǒng)）售價都在萬元以上，僅能在大型現(xiàn)代化礦井個別掘進巷道使用。本成果充分有效利用現(xiàn)有粉塵監(jiān)測系統(tǒng)平臺，通過對現(xiàn)有系統(tǒng)設備的技術改造，即可實現(xiàn)所有功能，投入小，具有極大的普及和推廣價值。
3.以往現(xiàn)有防塵技術和設備的除塵效果達不到《煤礦安全規(guī)程》第640條的標準要求，掘進作業(yè)現(xiàn)場粉塵傳感器懸掛距離掘進工作面幾百米甚至更遠，起不到監(jiān)測現(xiàn)場粉塵濃度的作用。本成果具備根據(jù)設定粉塵濃度上限隨時開啟除塵設備進行除塵的功能，實現(xiàn)了對迎頭污染風流流向的定向控制，在掘進工作面建立無塵安全區(qū)，實現(xiàn)掘進工作面粉塵濃度時時監(jiān)測，確保了掘進工作面作業(yè)范圍內粉塵濃度不超標。
四、成果先進性
1.拓展了粉塵在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)了粉塵在線監(jiān)測系統(tǒng)與高效電動除塵風機、噴漿機（綜掘機）與電動高效除塵風機的有效自動關聯(lián)，實現(xiàn)了爆破、噴漿、割煤三個主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)的自動化有效除塵。
2.能夠根據(jù)現(xiàn)場實際需要任意設定除塵濃度上限，當粉塵濃度達到設定上限時，電動除塵風機和回風水幕自動啟動或啟動噴漿機（綜掘機）時，電動除塵風機和回風水幕自動啟動。系統(tǒng)運行可靠性高，自動化程度高，杜絕了除塵設備的人為操作控制，極大提高了設備利用率。
3.該系統(tǒng)實現(xiàn)了對迎頭污染風流流向的定向控制，在電動除塵吸風口后建立無塵安全區(qū)，并實現(xiàn)電動除塵風機運行狀態(tài)和掘進工作面粉塵濃度時時監(jiān)測，確保了掘進工作面作業(yè)范圍內粉塵濃度不超標。
五、效益分析
1.經(jīng)濟效益
根據(jù)某礦掘進工作面除塵系統(tǒng)改造前后應用情況對比，每年可減少設備投入費用23余萬元（不含維修配件更換費用）。
2.社會效益
該系統(tǒng)設定在掘進工作面的粉塵達到上線指標時啟動設備除塵，建立了無塵安全作業(yè)區(qū)，有效解決了巷道粉塵堆積問題，極大改善了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，減少員工塵肺病的發(fā)生，提高了掘進效率，保證了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
六、推廣應用前景
掘進工作面粉塵在線監(jiān)測和自動控制除塵系統(tǒng)以礦井粉塵在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)為平臺，具有資金投入少、除塵量大、除塵效率高、除塵用水量少、自動化程度高和系統(tǒng)工作穩(wěn)定的特點；實現(xiàn)了爆破、噴漿、割煤三個掘進主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)的有效除塵，在掘進工作面建立了安全無塵區(qū)。該項成果已在部分煤礦企業(yè)得到推廣應用，可廣泛應用于礦井掘進作業(yè)地點，對提高井下掘進巷道粉塵治理具有十分顯著的示范作用和推廣應用價值。
小編評論
隨著我國煤礦粉塵危害防治標準提高，掘進工作面現(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工作面粉塵在線監(jiān)測和自動控制除塵系統(tǒng)，解決了除塵效率低、耗水量大和自動化程度低的重大問題。與技術相比擁有多種優(yōu)勢，大大拓展了粉塵在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能。
該技術可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會效益，具有極大的普及和推廣價值。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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