一、研制背景
随着我国煤矿粉尘危害防治标准提高，尤其是《煤矿作业场所职业病危害防治规定》和《煤矿安全规程》（2016版）下发后，掘进工作面现有粉尘治理装备已不能满足粉尘防治要求，主要存在以下问题。
1.除尘风机选型不合理。大多数矿井还在使用风量小、除尘效率低的水射流除尘风机。有的矿井即使选用了电动除尘风机，但由于电动除尘风机吸风量选型较小，不能对污染风流全部处理。
2.粉尘在线监控系统作用发挥有限。由于现场粉尘浓度时常超限报警，现场作业人员往往将粉尘传感器悬挂到距离掘进工作面几百米甚至更远，起不到监测粉尘浓度的作用。
3.矿用除尘设备除自动喷雾以外，均以手动操作为主，自动化程度低、可靠性差、耗水量大除尘效果差，成本造价高，难以推广普及。
二、研究内容
该项技术以矿井粉尘在线监测监控系统为平台，无需任何投入，只需按照接线图接线即可实现粉尘在线监测系统、电动除尘风机和喷浆机（综掘机）三者之间的相互关联。
1.系统构成
掘进工作面粉尘在线监测和自动控制除尘系统主要由KJ76N-F型监控分站、电动除尘风机、电磁阀、抽出式负压风筒、抽出式负压三通、设备状态开停传感器等设备组成，设备布置情况见下图。
系统设备布置示意图
1—电动除尘风机 2—开关 3—喷浆机 4—耙装机 5—负压风筒 6—电磁阀 7—监控分站 8—粉尘传感器 9—回风水幕 10—压入式风筒 11—开停传感器 12—负压三通
2.基本原理
（1）接线原理
粉尘在线监测系统采用KJ76N-F型监测监控系统，监控分站使用的是KJ76N-F型分站，监控分站采集的粉尘浓度模拟信号通过BUS+和BUS-传输到地面监测监控中心的控制电脑。地面监测监控中心通过控制电脑将粉尘传感器报警浓度设定为4mg/m3。监测监控中心控制电脑设定粉尘传感器为第一路数字模拟量传感器，并且关联公共和常闭断电控制器，电动除尘风机开关与KJ76N-F型监控分站关联。喷浆机与电动除尘风机开关关联。电磁阀与电动除尘风机QBZ-80A型开关关联。
（2）控制原理
①粉尘传感器和电动除尘风机联动控制原理
当粉尘浓度小于4mg/m3时，KJ76N-F型监控分站处于常开状态，电动除尘风机开关无法启动。当粉尘浓度大于4mg/m3时，KJ76N-F型监控分站动作，电动除尘风机开关吸合，电动除尘风机启动。同时，电磁阀通过与电动除尘风机开关关联，电磁阀打开，给电动除尘风机和回风水幕供水，开始进行除尘和降尘作业。
②喷浆机和电动除尘风机联动控制原理
喷浆机开关启动后，电动除尘风机开关吸合，电动除尘风机启动。同时，电磁阀通过电动除尘风机开关关联，电磁阀打开，给电动除尘风机和回风水幕供水，开始进行除尘和降尘作业。
③综掘机和电动除尘风机联动控制原理
综掘机开关启动后，电动除尘风机开关吸合，电动除尘风机启动。同时，电磁阀通过电动除尘风机开关关联，电磁阀打开，给电动除尘风机和回风水幕供水，开始进行除尘和降尘作业。
三、与同类技术对比
1.以往除尘设备多数为手动操作，少数自动化除尘系统仅采用关联全断面喷雾进行降尘，除尘效率低、耗水量大、自动化程度低，只适用于泄水条件好的掘进巷道。拓展了粉尘在线监测系统功能，实现了粉尘在线监测系统与高效电动除尘风机、喷浆机（综掘机）与电动高效除尘风机的有效自动关联，彻底解决了除尘效率低、耗水量大和自动化程度低的重大问题。
2.以往掘进除尘成套自动化设备投入费用高，每套设备（系统）售价都在万元以上，仅能在大型现代化矿井个别掘进巷道使用。本成果充分有效利用现有粉尘监测系统平台，通过对现有系统设备的技术改造，即可实现所有功能，投入小，具有极大的普及和推广价值。
3.以往现有防尘技术和设备的除尘效果达不到《煤矿安全规程》第640条的标准要求，掘进作业现场粉尘传感器悬挂距离掘进工作面几百米甚至更远，起不到监测现场粉尘浓度的作用。本成果具备根据设定粉尘浓度上限随时开启除尘设备进行除尘的功能，实现了对迎头污染风流流向的定向控制，在掘进工作面建立无尘安全区，实现掘进工作面粉尘浓度时时监测，确保了掘进工作面作业范围内粉尘浓度不超标。
四、成果先进性
1.拓展了粉尘在线监测监控系统的功能，实现了粉尘在线监测系统与高效电动除尘风机、喷浆机（综掘机）与电动高效除尘风机的有效自动关联，实现了爆破、喷浆、割煤三个主要产尘环节的自动化有效除尘。
2.能够根据现场实际需要任意设定除尘浓度上限，当粉尘浓度达到设定上限时，电动除尘风机和回风水幕自动启动或启动喷浆机（综掘机）时，电动除尘风机和回风水幕自动启动。系统运行可靠性高，自动化程度高，杜绝了除尘设备的人为操作控制，极大提高了设备利用率。
3.该系统实现了对迎头污染风流流向的定向控制，在电动除尘吸风口后建立无尘安全区，并实现电动除尘风机运行状态和掘进工作面粉尘浓度时时监测，确保了掘进工作面作业范围内粉尘浓度不超标。
五、效益分析
1.经济效益
根据某矿掘进工作面除尘系统改造前后应用情况对比，每年可减少设备投入费用23余万元（不含维修配件更换费用）。
2.社会效益
该系统设定在掘进工作面的粉尘达到上线指标时启动设备除尘，建立了无尘安全作业区，有效解决了巷道粉尘堆积问题，极大改善了现场作业环境，减少员工尘肺病的发生，提高了掘进效率，保证了企业可持续发展。
六、推广应用前景
掘进工作面粉尘在线监测和自动控制除尘系统以矿井粉尘在线监测监控系统为平台，具有资金投入少、除尘量大、除尘效率高、除尘用水量少、自动化程度高和系统工作稳定的特点；实现了爆破、喷浆、割煤三个掘进主要产尘环节的有效除尘，在掘进工作面建立了安全无尘区。该项成果已在部分煤矿企业得到推广应用，可广泛应用于矿井掘进作业地点，对提高井下掘进巷道粉尘治理具有十分显著的示范作用和推广应用价值。
小编评论
随着我国煤矿粉尘危害防治标准提高，掘进工作面现有粉尘治理装备暴露出了很多问题。本文介绍了一种新型掘进工作面粉尘在线监测和自动控制除尘系统，解决了除尘效率低、耗水量大和自动化程度低的重大问题。与技术相比拥有多种优势，大大拓展了粉尘在线监测监控系统的功能。
该技术可产生较大的经济效益和社会效益，具有极大的普及和推广价值。希望有采用意向和合作需求的企业与我们联系。
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