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(shè)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(nèi)容
該項技術(shù)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(guān)聯(lián)。
1.系統(tǒng)構(gòu)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(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—電動除塵風機 2—開關(guān) 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(shè)定為4mg/m3。監(jiān)測監(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，電動除塵風機開關(guān)與KJ76N-F型監(jiān)控分站關(guān)聯(lián)。噴漿機與電動除塵風機開關(guān)關(guān)聯(lián)。電磁閥與電動除塵風機QBZ-80A型開關(guān)關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)關(guān)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(guān)啟動后，電動除塵風機開關(guān)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(guān)關(guān)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(guān)啟動后，電動除塵風機開關(guān)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(guān)關(guān)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(shù)對比
1.以往除塵設(shè)備多數(shù)為手動操作，少數(shù)自動化除塵系統(tǒng)僅采用關(guān)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(guān)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(shè)備投入費用高，每套設(shè)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(shè)備的技術(shù)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(shù)和設(shè)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(shè)定粉塵濃度上限隨時開啟除塵設(shè)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(nèi)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(guān)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(shè)定除塵濃度上限，當粉塵濃度達到設(shè)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(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(nèi)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(yīng)用情況對比，每年可減少設(shè)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(shè)定在掘進工作面的粉塵達到上線指標時啟動設(shè)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(yīng)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(yīng)用，可廣泛應(yīng)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(yīng)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(shù)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(shù)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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