宋晓栋

（山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033102）

1 工作面概述

店坪煤矿206 工作面倾斜长为245 m，走向长度为1 724 m，工作面开采煤层为9#层且位于太原组中部，总厚度为3.1 m，煤层倾角0°～10°，平均5°；煤层厚度稳定，夹矸为泥岩。

206 工作面瓦斯涌出量预估：9-2061 及9-2062两巷掘进期间相对瓦斯涌出量均为0.12 m3/t，206回采面预计最大日产量7 000 t，计算得206 回采工作面绝对瓦斯涌出量约0.58 m3/min。 煤层自燃倾向性等级为Ⅱ类，性质为自燃，煤尘具有爆炸性。

2 前期工作面瓦斯及粉尘治理方式及问题分析

2.1 前期工作面瓦斯及粉尘治理措施

（1）回风隅角瓦斯治理：206 工作面采用两进一回通风方式，2061 巷为进风巷，工作面设计配风量为1 684 m3/min，工作面风流速度为1.6 m/s，工作面回采过程中产生的粉尘及有害气体主要利用自然风压作用进行排除；在回风隅角处安装瓦斯传感器，每班安排专人进行回风隅角有害气体检测。

（2）工作面粉尘治理：206 工作面在割煤过程中主要通过安装在采煤机滚筒内外喷雾进行落煤点降尘，对机道、运输顺槽、回风顺槽每隔100 m安装一道直管式高压喷雾装置，该装置通过供水软管与工作面静压水管连接，静压水通过高压喷头进行雾化降尘。

（3）瓦斯及粉尘治理现状：206 工作面推进速度为8.0 m/d。 割煤量为7 500 t，工作面出煤量大，导致采煤机割煤时落煤点产生高浓度扬尘，且瓦斯涌出量大，采用喷雾洒水装置降尘效果差[1]，利用自然风压通风无法有效排除工作面内残余瓦斯，导致206 工作面在前期回采过程中，平均粉尘浓度高达112 mg/m3，能见度不足15 m，回风隅角瓦斯积聚浓度平均为1.3%。

2.2 问题分析

（1）瓦斯治理效果差：206 工作面采用U 型通风方式，工作面回采期间端头支架移架时，在工作面两端头之间产生风压差，机头处为高压区，机尾处为负压区，造成采空区内有害气体向负压区积聚，并涌入回风隅角处；而工作面内风流流经回风隅角处时与采空区内负压风流汇合产生涡旋现象[2]，造成回风隅角瓦斯积聚，自燃风流无法有效稀释、排除回风隅角积聚瓦斯。

（2）降尘效果差：喷雾洒水降尘主要是利用水雾颗粒与粉尘颗粒之间桥连作用实现降尘目的[3-4]；通过现场不同粒径喷雾颗粒降尘试验发现，水雾颗粒粒径在20～40 μm 之间降尘效果最佳，而采煤机内外喷雾洒水时，由于高压喷头孔径不一致，喷雾孔堵塞等原因，喷雾粒径普遍大于50 μm，造成水雾颗粒吸尘效果差。

（3）静压水损失严重：工作面内喷雾装置与静压水管连接，由于工作面在回采时工作面内需安装4 道喷雾装置，在两条顺槽内需安装12 道喷雾装置，集中开启时喷雾量大，降低了工作面内静压水压以及水量，而且喷雾后的积水无法二次回收利用，导致工作面、顺槽底板积水量大。

（4）集中控制管理水平低：206 工作面回采前期回风隅角瓦斯、工作面粉尘由专人进行监测，每班配备3～5 名安检员、瓦检员以及防尘员，劳动作业强度大；而且采用人工监测时，误差率高、随意性大[5]，无法实现对工作面瓦斯、粉尘实时监控，集中控制管理自动化水平低。

3 通风集中控制系统应用

为了提高工作面除尘、 瓦斯治理综合自动化水平，决定对206 工作面安装一套以回风隅角瓦斯治理、工作面粉尘治理为主的集中控制系统。

3.1 通风集中控制系统结构

206 工作面安装的通风集中控制系统主要由回风隅角排瓦斯系统、 综合除尘系统、PLC 控制器、地面远程监控系统、工业千兆以太网等部分组成，如图1 所示。

图1 206 工作面通风集中控制系统结构

（1）回风隅角排瓦斯系统：该装置主要由风流引射器、综合保护器、瓦斯浓度传感器等部分组成。风流引射器功率为4.5 kW，吸风量为11.2 m3/min，引射器安装距回风隅角10 m 处进风侧支架顶梁下方；瓦斯浓度传感器安装在回风隅角中部，瓦斯浓度超限报警值为0.5%。

（2）综合除尘系统：综合防尘系统主要利用电控液压开停实现系统自动喷雾降尘的目的。 系统主要由电控液阀、粉尘浓度传感器、隔爆型联锁开关、泡沫抑尘装置等部分组成；其中泡沫抑尘装置主要由泡沫生产器、 泡沫分配器以及泡沫喷头等部分组成；粉尘浓度传感器对粉尘浓度检测报警值为30 mg/m3。

（3）PLC 控制器：PLC 控制器是整个控制系统的关键配置。 控制器主要对系统数据进行集中收集、处理、转换以及指令发送等，控制器采用联锁信号线与各系统联锁开关以及传感器控制连接，利用工业环网与数据交换站进行无线数据传输。

（4）地面操控系统：该系统安装在地面调度室内，系统主要包括上位机、显示屏、打印机等，上位机内安装三维动态组态软件，井下数据上传至上位机后通过三维动态软件将井下动态画面显示在显示器上，并可形成报表。

3.2 通风集中控制系统工作原理

（1）回风隅角排瓦斯系统工作原理

工作面回采过程中CH4监测器安装在回风隅角处，当回风隅角出现瓦斯积聚现象且瓦斯浓度达0.5%时，CH4监测器将监测的数据上传至PLC控制柜内，控制柜接收数据信号后进行数据处理分析，并转为电信号传递至联锁开关，联锁开关接收信号后对风流引射器供电并对回风隅角进行吹风，排除回风隅角瓦斯；当回风隅角瓦斯浓度低于0.5%时，监测器再次将数据信号传递至PLC 控制柜内，通过控制作用切断风流引射器电源。

（2）综合除尘系统工作原理

206 工作面回采期间粉尘浓度传感器分别安装在工作面机头、机尾以及中部；泡沫抑尘装置安装在机头卸载点、工作面中部以及回风顺槽距工作面10 m 处；传感器监测粉尘浓度报警值为30 mg/m3；当监测点粉尘浓度达30 mg/m3时，传感器报警并将数据上传PLC 控制器内，经控制器分析处理通过控制联锁开关实现对电控液阀供电，电控液阀供电后在水压、 风压作用下泡沫生产器产生高浓度泡沫，并进行降尘；当工作面粉尘浓度低于20 mg/m3时再次通过联锁控制作用，关闭电控液阀电源，停止降尘。

（3）地面远程控制系统工作原理

地面远程监控系统主要对井下集控系统进行实时监控，系统在运行过程中PLC 控制柜对各类传感器接受数据信号进行收集、储存，并联接到井下网络交换站，网络交换站通过工业以太网上传至地面网络交换站以及上位机内，上位机内安装专用组态软件对收集数据进行成像处理，并直观地显示在显示器上，操作人员通过显示器可对井下系统运行情况、故障情况进行监控，同时可利用软件对井下系统进行远程控制。

4 结论

206 工作面安装通风集中控制系统后，通过5个月实际应用来看，取得了显著应用成效：

1）通风集中控制系统自动化水平高，实现了工作面回风隅角瓦斯治理、 工作面粉尘防治等远程集中控制的目的，降低了工作面瓦斯治理、防尘劳动作业强度。

2）通风集中控制系统根据回风隅角瓦斯浓度、工作面粉尘浓度变化情况，系统自动开启进行瓦斯排除和防尘，系统灵敏度高，解决了传统喷雾降尘、自然风压排瓦斯时，效果差、难度大等技术难题。

3）206 工作面安装该系统后，在后期回采中实测回风隅角瓦斯平均浓度为0.4%，最高为0.7%，控制在瓦斯断电值范围内；该系统安装后满足工作面高效回采时瓦斯治理、粉尘防治需求。