自動(dòng)控制系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

李艷艷

【摘 要】現(xiàn)代全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有力的促進(jìn)了我國(guó)煤炭工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。我國(guó)煤礦生產(chǎn)的發(fā)展與煤礦安全技術(shù)的進(jìn)步密不可分，煤礦安全技術(shù)的發(fā)展不斷支持著煤礦生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)水平的提高，對(duì)煤炭工業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提高可靠的能源保障起到了重要的作用。

【關(guān)鍵詞】煤礦安全，能源，除塵，自動(dòng)控制，水利水文。

【中圖分類號(hào)】TV【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0122-01

一：緒論

由于我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，中小型礦井?dāng)?shù)量多，煤礦整體安全生產(chǎn)水平還相對(duì)落后，煤炭資源潔凈開(kāi)發(fā)利用研究起步晚，技術(shù)不夠成熟，要解決煤炭工業(yè)健康發(fā)展的一系列重大問(wèn)題，必須依靠技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新，全面提升煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)水平。其中，煤塵、煤礦水害作為煤礦井下的主要災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，并且危害職工身體健康，使得長(zhǎng)期從事采掘和處于粉塵作業(yè)環(huán)境的職工容易患?jí)m肺病，水害引起的人身及財(cái)產(chǎn)損失更加不可估量。尤其，在高濃度粉塵作業(yè)場(chǎng)所能見(jiàn)度低，容易造成各種事故，若粉塵處在易爆炸的礦井中則危害更加嚴(yán)重。在煤礦的生產(chǎn)過(guò)程中，如鉆眼、爆破、切割、裝載及運(yùn)輸和提升等工序，均可產(chǎn)生大量的粉塵。為了有效地促進(jìn)我國(guó)煤炭科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》以及《煤礦安全規(guī)程》等文件都對(duì)煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)做出了明確要求。

煤礦水害是與瓦斯、煤塵等并列的礦井建設(shè)與生產(chǎn)過(guò)程中的主要安全災(zāi)害之一，長(zhǎng)期以來(lái)，因?yàn)槊旱V水害而給國(guó)家和人民帶來(lái)的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失極為慘重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在過(guò)去的20多年里，有250多個(gè)礦井被水淹沒(méi)，死亡1700多人，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)350多億元人民幣。

二：國(guó)內(nèi)外煤礦噴霧系統(tǒng)和工礦水文系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀

●我國(guó)煤礦防塵技術(shù)起步較晚而且控制技術(shù)相對(duì)落后，大都采用人工降塵的方法。目前國(guó)內(nèi)外礦井主要采用以下除塵措施：

1.國(guó)外煤塵控制技術(shù)介紹

在國(guó)外，煤礦生產(chǎn)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的煤塵，主要采取以下技術(shù)控制措施，降低煤塵污染的程度。

1）煤層注水

煤層注水是利用水的壓力通過(guò)鉆孔把水注入既將回采的煤層中，使煤體得到預(yù)先濕潤(rùn)，以便減少采煤時(shí)浮游煤塵的產(chǎn)生量。

2）噴霧降塵

噴霧降塵是向浮游于空氣中的粉塵噴射水霧，通過(guò)增加塵粒的重量，達(dá)到降塵的目的。這一技術(shù)的關(guān)鍵是噴嘴要能形成具有良好降塵效果的霧流。

3）利用除塵器除塵

采用除塵器將空氣中的粉塵分離出來(lái)，從而達(dá)到凈化空氣含量的目的。目前，國(guó)外一些主要產(chǎn)煤國(guó)家都在煤礦井下廣泛用除塵器進(jìn)行除塵。美國(guó)采用了除塵風(fēng)機(jī)、濕式纖維除塵器、小旋風(fēng)除塵器等設(shè)備。英國(guó)在掘進(jìn)巷道及掘進(jìn)機(jī)上采用了濕式洗滌除塵器和濕式過(guò)濾除塵器。

4）泡沫除塵

泡沫除塵的效果好，一般可達(dá)90%以上，尤其對(duì)5mm以下的呼吸性粉塵，除塵率可達(dá)80%以上。泡沫除塵同噴霧灑水除塵相比，其耗水量減少1/ 2以上。

2、不同作業(yè)崗位的防塵措施

1）掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時(shí)的防塵

懸臂式掘進(jìn)機(jī)在巷道作業(yè)時(shí)，一般采用開(kāi)式除塵系統(tǒng)，主要的防塵措施有：噴霧灑水、水空氣噴射器除塵。國(guó)外很多國(guó)家是將除塵器安裝在掘進(jìn)機(jī)上進(jìn)行除塵，也有些國(guó)家如德國(guó)、奧地利是將除塵器安裝在掘進(jìn)機(jī)后面20～30m處，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)前移時(shí)，除塵器定期向前移動(dòng)。

2）打眼放炮作業(yè)的防塵

打眼放炮時(shí)能產(chǎn)生大量粉塵，粉塵濃度最高可達(dá)600mg/m3以上。國(guó)內(nèi)外一般采用濕式打眼、放炮后噴霧灑水、水幕凈化等措施。在國(guó)外，許多國(guó)家是采用濕式除塵器、水空氣噴射器及環(huán)形灑水措施，來(lái)凈化放炮時(shí)產(chǎn)生的炮煙和粉塵。

3）錨噴支護(hù)作業(yè)的防塵

在錨噴支護(hù)作業(yè)中，可產(chǎn)生大量粉塵，有的高達(dá)600mg/m3以上。目前，國(guó)外多數(shù)國(guó)家是通過(guò)改進(jìn)錨噴工藝來(lái)消除粉塵的產(chǎn)生。德國(guó)主要采用氣力自動(dòng)輸送、機(jī)械攪拌、濕噴機(jī)噴射等措施，來(lái)降低錨噴支護(hù)作業(yè)時(shí)的粉塵濃度，都收到較好的降塵效果。

4）回采工作面的防塵

為減少回采工作面產(chǎn)生的粉塵量，除必須采用預(yù)先濕潤(rùn)媒體的措施外，還應(yīng)采取以下防塵措施：

（1） 對(duì)采煤機(jī)的截割結(jié)構(gòu)選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)及工作參數(shù)。德國(guó)、英國(guó)等對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，找出了各參數(shù)之間的相互關(guān)系，控制了煤塵的產(chǎn)塵量。

（2）在采煤機(jī)上設(shè)置合理的噴霧系統(tǒng)。滾筒采煤機(jī)一般均安置內(nèi)、外噴霧，即從安裝在滾筒上的噴嘴噴出水霧和從安裝在截割部的固定箱、搖臂或擋板上的噴嘴噴出水霧進(jìn)行降塵。

（3） 對(duì)自移式液壓支架設(shè)置合理的噴霧系統(tǒng)。目前有些煤礦采用在控頂區(qū)內(nèi)安設(shè)噴嘴的方法，降低移架時(shí)產(chǎn)生的高粉塵濃度。

●隨著對(duì)水文地質(zhì)工作要求的不斷提高，要求地下水位觀測(cè)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和可視化，在保證水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性的同時(shí)，提高水位監(jiān)測(cè)的效率，減輕水文地質(zhì)工作者的工作強(qiáng)度；同時(shí)水位觀測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理分析，真正實(shí)現(xiàn)地下水水位監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化以及水位動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的自動(dòng)化，為水文地質(zhì)工作提提供有效的科學(xué)依據(jù)。因此，研制一種操作簡(jiǎn)單、觀測(cè)方便直觀、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大的水位智能顯示監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)勢(shì)在必行 。

三：各種自動(dòng)控制系統(tǒng)在礦井的應(yīng)用

1.防塵降塵方面的應(yīng)用

目前，國(guó)內(nèi)大部分煤礦已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了粉塵抑制的自動(dòng)化。在容易產(chǎn)生大量粉塵的場(chǎng)所，如皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)、采煤工作面、綜采支架、打眼放炮工作面等都安裝了各種不同的傳感器。目前應(yīng)用較多的是基于AVR單片機(jī)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要由傳感器、控制主機(jī)、電動(dòng)球閥等組成。其工作原理是：傳感器將采集到的信號(hào)傳輸至基于AVR單片機(jī)開(kāi)發(fā)的控制主機(jī)，控制主機(jī)接收到信號(hào)后會(huì)給電動(dòng)球閥相應(yīng)的信號(hào)，從而控制電動(dòng)球閥的開(kāi)啟或者關(guān)閉，這樣就可以打開(kāi)球閥所控制的水路灑水降塵。各個(gè)工作點(diǎn)的煤塵情況以及工作情況不同從而所用到的傳感器也不相同。例如，在運(yùn)煤皮帶的轉(zhuǎn)載點(diǎn)煤塵濃度較高，只要皮帶運(yùn)行就必須灑水降塵，所以一般在皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)安裝觸控傳感器，檢測(cè)到皮帶的運(yùn)動(dòng)就開(kāi)始灑水降塵。在采煤大巷也需要隨時(shí)灑水降塵，大巷中經(jīng)常有工作人員通行，故通常安裝熱釋光控傳感器，當(dāng)有人通過(guò)時(shí)停止灑水降塵以防止噴淋到工作人員，行人通過(guò)后再繼續(xù)灑水降塵。放炮采煤工作點(diǎn)一般采用聲控傳感器，綜采支架一般采用紅外對(duì)射傳感器，煤塵濃度很高的工作點(diǎn)采用粉塵濃度傳感器，溫度較高的地方采用溫度傳感器等等。

2.井下水文自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

井下水文監(jiān)測(cè)包括擋水墻壓力監(jiān)測(cè)、水文鉆孔的水位水文監(jiān)測(cè)、井下水倉(cāng)水位監(jiān)測(cè)、明渠流量監(jiān)測(cè)、管道流量監(jiān)測(cè)等。該系統(tǒng)主要包括傳感器、監(jiān)控分站、通訊網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心等。不同的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)需要不同的傳感器。主要包括：位移傳感器、智能水位水溫傳感器、明渠流量傳感器、管道流量傳感器等。監(jiān)控分站主要由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊（信號(hào)轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等）組成，用來(lái)對(duì)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)光纖或者RS485總線傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心上位機(jī)軟件通常使用組態(tài)王和WinCC，它們均具有網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的功能，只要局域網(wǎng)內(nèi)具有固定的IP地址即可將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)布到Internet。