云南省昭通市镇雄县麻塘煤矿 云南省昭通市 65700
摘要：粉尘是导致煤矿爆炸主要的危险物之一，它不仅能够影响煤炭的开采效率，而且容易导致爆炸、致使工人患得肺尘病、造成机械的严重腐蚀。随着采煤工艺的改进，现在大截深、大功率采煤设备的使用，使得工作面及巷道粉尘居高不下，粉尘颗粒大量悬浮在空气中不但会影响作业面综采作业的安全，而且高浓度的粉尘危害现场工人的身体健康，也给井下安全生产带来严重的事故隐患。当前对综采作业面的降尘主要是通过在采煤机上设置外喷雾降尘系统，在执行截割作业的过程中同步进行降尘作业，最大限度降低粉尘对综采作业面作业环境的影响。但在实际应用过程中发现现有采煤机外喷雾降尘系统缺乏根据井下作业环境对喷雾装置进行灵活调节的机制，在实际应用过程中喷雾降尘效果差，降尘过程消耗了大量水资源，也造成产出煤炭的湿度过大，影响煤炭质量。
关键词：煤矿井下采煤机；智能降尘；控制系统
引言
当今煤矿随着开采技术的不断进步，其开采强度和开采面积不断提升，综采面的推进，伴随的便是煤矿井下矿尘浓度的增加，这不仅给煤矿井下设备的正常使用带来了安全隐患，更在一定程度上增加了煤矿工人患硅肺病的概率。经研究表明，采煤工作面的产尘源主要有采煤机割煤、工作面移架、煤流运输、卸载、破碎机破煤等生产工序和环节。而现场调研发现，采煤机割煤是采煤工作面最大产尘点，是动态产尘源；移架期间落尘次之，且落尘点在采空区，不好控制；煤流运输可造成煤尘再在巷道飞扬。然而采机产尘、移架落尘、煤流扬尘都在采煤工作面人员作业的区域，这不仅为硅肺病提供了基础的发病场所，矿尘粒径的问题也给工作面矿尘爆炸提供了一个基本条件。所以，如何最大限度地降低煤矿井下主要作业区的矿尘浓度，将是煤矿安全生产、保障煤矿工人身体健康的前提。众多生产实践经验证实：想要完全杜绝煤矿井下矿尘的产生是不可能的，只要有煤炭生产就有矿尘的产生，只有采取一定的除尘、降尘措施，才能为煤矿井下职工提供一个较好的生产环境，最大限度保障煤矿职工身体健康。为此，经过多年煤矿井下实践尝试，提出了有效的煤矿井下矿尘处理措施。
1来源分析
根据以往的生产经验，综采工作面粉尘主要来自破煤回采、放顶煤、移架和转载等回采工序中。其中，在破煤回采过程中产生的粉尘量最大，且粉尘源会随着采煤机的移动而发生转移；在移架期间，顶板煤层破碎垮落产生大量粉尘，难以控制；放顶煤后溜运煤期间也会连续产生粉尘，且由于放顶煤处风量不足，产生高浓度粉尘，并随着风流转移；转载机处落煤过程中产生较大扬尘，但位置固定，适于集中进行降尘。综上所述，在整个综放过程中粉尘来源较多，且多数难以集中控制，防尘降尘难度较大。
2煤矿井下采煤机智能降尘控制系统
2.1智能集控技术
深部综采智能化系统的构建目的在于有效回采深部煤炭资源，作业面所布设的采煤机、支架、运输机等设备之间必须能结合煤层赋存状况进行自主的协调联动，这就要求必须构建配套的设备集成控制系统，从而实现多种设备间的有效互联。矿井综采面基于可视化远程干预控制、截割路径规划、井下工业以太网等先进技术，构建了以开采作业区域、井下集控和地面调度为中心的三级控制框架，从而构建了整套的智能集控系统，实现对智能集控技术的运用。运用智能集控技术，工作面作业人员减少接近2/3，作业区域实现无人化操作，作业效率及安全性大幅改善。
2.2智能供液技术
综采作业时支架作为承载作业面围岩体的主要设备，其支护强度的科学、合理能有效减缓顶板下沉速度并降低冲击载荷对支架的威胁，提升作业安全性。综采面通过在支架护帮板安设压力感应装置和行程感应装置，实现对支架支撑参数的实时监测。相关信息会第一时间传递至控制中心，通过计算机的分析，确定支架供液参数，从而智能调节支架支撑情况，进行智能供液，实现支架对地质条件适应性的显著提升。
2.3现有采煤机喷雾防尘技术
采煤机割煤是综采面粉尘产生的主要原因，从采煤机自身的机构和内外喷雾系统方面，对其采煤机机身上的外喷雾装置进行改进，使其外喷雾装置具有扩张角度大，雾状细，安装操作简便等特点。通过对采煤机的内外喷雾系统合理有效使用，能大大降低采煤机割煤及向刮板机装煤时产生的大量煤尘。
2.4液压支架喷雾装置参数优化
液压支架移架期间粉尘治理措施主要有架间布置档帘、喷雾降尘等，其中通过在液压支架周边布置（包括顶部、侧板）大量的喷嘴，并将供水管路与供液管路并联布置，能够实现液压支架降柱、移柱时的自动喷雾，起到浸润煤体及降尘的目的。根据综采工作面液压支架现场布置情况，在支架上布置前梁喷雾、移架喷雾及支架左右两侧护板喷雾3组喷雾装置。首先是支架前梁及移架喷雾布置。在液压支架前梁左侧位置布置4个（1组）高压喷嘴，喷雾压力为8MPa，覆盖距离为1.5m，流量在3~5L/min，喷雾外扩散角为75°，向支架外喷雾。喷雾时间、喷雾架数以及喷雾距采煤机距离等可根据具体情况设置。在采煤机割煤、液压支架移架时，对相邻支架间的落煤、粉尘进行喷雾降尘。其次是支架左右两侧护板喷雾设置。在液压支架前梁左右两侧护板背面位置各布置6个高压喷嘴，喷嘴直径为1.2mm，供水流量在6~8L/min，喷雾压力为8MPa，喷雾外扩散角为65°，有效射程为1.0m。
结语
在对现有煤矿井下降尘系统缺点进行分析的基础上，提出了从源头控制粉尘产出量的控制理论，通过对影响粉尘质量浓度的采煤机工作参数的分析，设定响应的边界控制数值，以最低粉尘质量浓度为优化目标，建立了基于多参数耦合匹配的采煤机智能降尘控制系统。模拟试验验证结果表明：a）采煤机截割作业过程中，牵引速度越大、截割深度越深，粉尘质量浓度越小；b）采用基于多参数耦合匹配的采煤机智能降尘控制系统，能将采煤机工作时的粉尘质量浓度从最初的631mg/m3在19.8s内降低到157mg/m3，粉尘沉降效率高达75.12%，效果显著。
参考文献：
［1］时训先，蒋仲安，褚燕燕.煤矿综采工作面防尘技术研究现状及趋势［J］.中国安全生产科学技术，2005，1（1）：41-43.
［2］张强，王海舰，李宏峰.基于最优化降尘的采煤机恒功率自适应调节控制系统［J］.机械设计与研究，2015，31（1）：153-156.
［3］程卫民，聂文，周刚，等.煤矿高压喷雾雾化粒度的降尘性能研究［J］.中国矿业大学学报，2011，40（2）：185-189.
［4］张强，李宏峰.基于量子遗传算法的液压支架喷雾效率的参数优化设计［J］.中国安全生产科学技术，2014，10（12）：51-55.