文/卢学明 白仕军

井下作业主要产尘地点为综采工作面以及综掘工作面，占比达85%以上。由于工作环境相对密闭，空气流动性差，对作业人员危害大，因此成为井下粉尘治理的难点及重点。为此，神东煤炭集团锦界煤矿除通过煤层注水的方式减少作业中产生的粉尘外，还在技术上寻求突破，增加智能除尘系统设备，抑制粉尘飞扬和扩散，减少井下作业人员对粉尘的接触。

一、集控除尘系统组成及功能

1．组成

集控除尘系统主要由矿用本安型网络交换机、矿用隔爆兼本安型直流电源、矿用本安型无线自动洒水降尘控制箱、粉尘浓度传感器、温湿度传感器、热释电传感器、矿用遥控器、反冲洗过滤器、隔爆型电动球阀等组成。

2．集控除尘系统功能

集控除尘系统全面支持Windows等操作系统，支持TCP/IP协议，是由多种拓扑结构组成的井下网络，安装配置便捷，可靠性高。

集控除尘系统通过地面监控中心，能够持续对地面和井下防尘子系统的数据进行实时采集，并具有分析处理、动态显示、统计存贮、超限报警、断电控制和统计报表查询打印、网上共享等功能。

集控除尘系统能够对接入网络的喷雾降尘设备、视频监控摄像机等进行远程数据采集、显示，检测设备的运行工况，能够对以上装置和设备的运行参数进行远程修改，也能够对以上装置和设备的运行状态（开、停）进行远程控制。

3．集控除尘系统特点

（1）可实时在线检测全矿井除尘设备的运行状态以及工作参数。

（2）可实现对粉尘浓度、温湿度和水压等环境参数的远程监控、数据存储和查询。

（3）可独立运行，稳定性、可控性高，易于扩展。

（4）可以提供自定义表格、曲线、图形等多种方式的报表格式；同时具有用户分类管理，报表查询、导出和打印等功能。

（5）可异地检测降尘装置的实时信息、远程查询检测数据和报表，同时可以对现场画面进行实时监控。

（6）集控平台采用面向对象的模块化程序设计，网络接口丰富、集成灵活，可适应不同的系统规模。

（7）可与智能通风系统等平台实现无缝对接，实现通防“一张图”的管理模式。

二、集控除尘系统硬件设计

1．矿用本安型无线自动洒水降尘控制箱

（1）功能原理。矿用本安型无线自动洒水降尘控制箱（简称降尘电控箱），主要用于煤矿综采、综掘工作面产生粉尘的作业场所，通过自动洒水，降尘除尘，净化作业场所。降尘电控箱是改善和治理粉尘作业环境，治理粉尘危害的安全设备，是实现系统各项功能正常工作的中央处理单元，是本系统的主要设备。

粉尘浓度传感器、温度和湿度传感器把现场监测的数据实时上传到降尘电控箱，降尘电控箱通过井下的工业环网再将相关数据上传到井上的集控除尘系统平台。当现场降尘区域的粉尘浓度（或温湿度）超过设定的上限值后，降尘控制箱自动开启喷雾降尘模式，喷雾设备开始工作；当粉尘浓度（或温、湿度）下降到设定值的下限时，喷雾设备停止工作。

（2）性能参数。矿用本安型无线自动洒水降尘控制箱主要性能参数如下。

工作电压：DC12V；工作电流：≤600mA；工作频率：433M±20MHz、2.4G；接口类型：RJ45；通信协议：TCP/IP、RS485、802.11b/g/n。

2．粉尘浓度传感器

（1）功能原理。粉尘浓度传感器主要由激光源、光信号和电信号转换装置、粉尘测量装置、抽气装置、粉尘过滤装置和控制电路组成。将粉尘浓度传感器安装在现场作业区域，通过光散射原理直接对工作面粉尘浓度进行测量，实时显示粉尘浓度相关信息，并将监测数据传送至矿用本安型无线自动洒水降尘电控箱，由降尘电控箱根据粉尘浓度的数值进行自动喷雾降尘处理，同时将粉尘浓度测量值上传至集控软件平台，实现对粉尘浓度的实时监测与管理。

工作电压：DC12V～DC24V；工作电流：≤200mA；测量范围：1mg/m3～1000mg/m3；测量相对误差：≤15%。

3．矿用温湿度传感器

（1）功能原理。矿用温湿度传感器的温湿度探头包含了感应模块和信号处理模块两部分，输出信号为标准数字信号，可靠性高，稳定性强。温湿度探头由一个湿敏感元件和一个测温元件组成，并将A/D转换器融合对接串口电路。探头防尘膜采用聚酯平纹，可防止液态水渗透。

（2）性能参数。矿用温湿度传感器性能参数如下。

工作电压：DC9V～21V；工作电流：≤50mA；温度检测范围：0～50℃；湿度检测范围：0～100%RH；温度检测精度：±1℃；湿度检测精度：湿度30%～90%时，±3%RH；湿度0～30%，90%～100%时，±6%RH。

4．矿用本安型无线红外热释电传感器

（1）功能原理。矿用本安型无线红外热释电传感器感应到人体信号时，传感器发射无线信号，信号经传感器进行电信号检测、放大处理后，输出无线指令给电控箱，电控箱对电动球阀（或电磁阀）进行相应操作。

将1号线二期上林路站闸机布置调整为西侧进站、东侧出站(见图7)，同时调整自动扶梯运行方向为西侧下行、东侧上行。这样进出站客流方向与换乘客流方向一致，不会造成客流交叉。

（2）性能参数。矿用本安型无线红外热释电传感器性能参数如下。

工作电压：DC3.6V；工作电流：≤30mA；工作频率：433MHz±10MHz。

三、集控除尘系统工作原理

AQ1020-2006《煤矿井下粉尘综合防治技术规范》第4.3.5条规定：“采煤工作面回风巷应安设至少两道风流净化水幕，并宜采用自动控制风流净化水幕”，第5.5.6条规定：“采掘工作面回风应安设粉尘浓度传感器进行粉尘浓度连续监测”。本集控除尘系统技术方案选用的粉尘浓度超限喷雾降尘装备，在回风巷距工作面10m处和30m处各布置一道风流净化水幕，通过将该喷雾装置通过井下的工业环网接入集控软件平台，可实现对风流净化水幕的自动控制和对粉尘浓度的在线检测。

粉尘浓度超限喷雾降尘装置采用粉尘浓度传感器检测风流中的粉尘浓度，当粉尘浓度超过设定的浓度值（可根据煤矿实际情况自行设定）时，自动打开净化水幕；若粉尘浓度低于设定的浓度值时，喷雾水幕可自动关掉。

四、集控除尘系统创新之处分析

1．喷雾降尘主控箱具备直观显示功能

通过主控箱上的液晶显示屏，能够查看目前的工作模式、传感器和电动球阀的工作状态、粉尘浓度、温湿度检测结果等。

2．就地遥控调校功能

可对主控箱进行参数设置、工作模式选择、延时设置等，可通过遥控器按需求设置喷雾降尘主控箱的各参数。

3．可对粉尘浓度与环境湿度触发条件进行设定

当粉尘浓度大于设定值时自动喷雾，降到设定值以下后停止喷雾；当湿度低于设定值时，自动开启喷雾降尘装备，超过设定值时，停止喷雾。

五、集控除尘系统应用效果

2021年6月，锦界矿在井下31煤综采连掘回风顺槽等区域共设置了2个监测点，进行了50多天的试运行。通过对锦界矿现场情况分析，在对粉尘浓度监测装置设置了35mg/m3、45mg/m3、55mg/m3喷雾限值的情况下，系统能够准确地按照设定的阀值开启喷雾降尘，从而实现了粉尘浓度的在线监测与自动降尘功能。

通过长时间不定时的粉尘浓度监测，对比数据发现，系统监测数据误差较小，在±0.3%之间，由监测结果可以得出结论：自动喷雾降尘装置具有高稳定性和高可靠性，受外界干扰影响较小，整体设计达到预期效果。