矿山采矿掘进工作面智能喷雾降尘系统研发与施工应用

引言：在矿山采矿作业中，掘进工作面是粉尘产生的主要场所之一。粉尘不仅会对矿工的身体健康造成严重危害，引发尘肺病等职业病，还会降低作业环境的能见度，影响设备的正常运行，增加安全事故的发生概率。传统的喷雾降尘方式存在自动化程度低、降尘效果不佳、水资源浪费严重等问题，已难以满足现代矿山安全生产和绿色发展的需求。因此，研发一套适用于矿山采矿掘进工作面的智能喷雾降尘系统具有重要的现实意义。

一、智能喷雾降尘系统研发背景与意义

1.1 研发背景

随着矿山开采规模的不断扩大和开采深度的增加，掘进工作面的粉尘产生量日益增多。传统的喷雾降尘系统主要依靠人工手动控制，无法根据粉尘浓度的实时变化自动调节喷雾参数，导致降尘效果不理想。同时，由于缺乏有效的监测手段，无法及时发现喷雾系统的故障，影响了系统的正常运行。

1.2 研发意义

智能喷雾降尘系统的研发与应用可以有效解决传统喷雾降尘方式存在的问题。该系统能够实时监测掘进工作面的粉尘浓度，并根据粉尘浓度的变化自动调节喷雾水量、水压和喷雾角度等参数，实现精准降尘，提高降尘效率。此外，智能喷雾降尘系统还具有自动化程度高、运行稳定、节水节能等优点，有助于改善矿山作业环境，保障矿工的身体健康，促进矿山的可持续发展。

二、智能喷雾降尘系统总体设计

2.1 系统架构

智能喷雾降尘系统主要由粉尘浓度监测子系统、智能控制子系统、喷雾执行子系统和供水子系统组成。粉尘浓度监测子系统负责实时采集掘进工作面的粉尘浓度数据，并将数据传输至智能控制子系统；智能控制子系统根据接收到的粉尘浓度数据，运用智能控制算法进行分析处理，输出控制信号；喷雾执行子系统根据控制信号调节喷雾装置的工作状态，实现喷雾降尘；供水子系统为喷雾执行子系统提供稳定的水源。

2.2 工作原理

当掘进工作面产生粉尘时，粉尘浓度监测子系统中的粉尘传感器实时检测粉尘浓度，并将检测数据转换为电信号传输至智能控制子系统。智能控制子系统对接收到的电信号进行分析处理，当粉尘浓度超过设定的阈值时，智能控制子系统发出控制信号，驱动喷雾执行子系统中的电磁阀打开，水通过喷雾装置喷出，形成水雾与粉尘颗粒结合，使粉尘颗粒增重并沉降，从而达到降尘的目的。同时，智能控制子系统根据粉尘浓度的变化实时调整喷雾参数，确保降尘效果最佳。

三、智能喷雾降尘系统关键技术

3.1 粉尘浓度监测技术

粉尘浓度监测是智能喷雾降尘系统的基础。本系统采用激光粉尘传感器，该传感器具有测量精度高、响应速度快、稳定性好等优点。激光粉尘传感器利用激光散射原理，当激光束照射到粉尘颗粒上时，会发生散射现象，散射光的强度与粉尘颗粒的浓度成正比。通过检测散射光的强度，即可计算出粉尘浓度。

3.2 智能控制算法

智能控制算法是智能喷雾降尘系统的核心。本系统采用模糊控制算法，该算法能够根据粉尘浓度的模糊变化情况，自动调整喷雾参数。模糊控制算法将粉尘浓度和喷雾参数划分为不同的模糊集合，通过建立模糊规则库，根据输入的粉尘浓度模糊值，输出相应的喷雾参数模糊值，再经过解模糊处理，得到精确的喷雾参数控制值。模糊控制算法具有适应性强、鲁棒性好等优点，能够有效应对掘进工作面粉尘浓度的复杂变化。

3.3 高效喷雾装置

高效喷雾装置是实现降尘的关键部件。本系统采用高压微雾喷雾装置，该装置能够将水加压至一定压力后，通过特制的喷嘴喷出，形成微米级的水雾颗粒。微米级的水雾颗粒具有较大的比表面积，能够与粉尘颗粒充分接触并结合，从而提高降尘效率。同时，高压微雾喷雾装置还具有节水节能的优点，能够有效降低水资源消耗和能源消耗。

四、智能喷雾降尘系统施工安装

4.1 施工准备

施工前，应根据系统设计要求，准备好所需的设备、材料和工具，并对施工现场进行清理和平整。同时，组织施工人员进行技术交底，熟悉施工图纸和施工规范。

4.2 设备安装

粉尘浓度监测设备安装：在掘进工作面合适的位置安装粉尘传感器，确保传感器能够准确检测到粉尘浓度。安装时应注意传感器的方向和角度，避免受到外界因素的干扰。

智能控制设备安装：将智能控制器安装在便于操作和维护的位置，并连接好电源和信号线。确保控制器的接地良好，以保证系统的安全运行。

喷雾执行设备安装：根据设计要求安装喷雾装置，包括喷嘴、管道、电磁阀等。安装时应注意喷嘴的喷射方向和角度，确保喷雾能够覆盖整个掘进工作面。

供水设备安装：安装水泵、水箱等供水设备，并连接好供水管道。确保供水系统能够为喷雾装置提供稳定的水源和水压。

4.3 系统调试

设备安装完成后，进行系统调试。首先检查各设备的连接是否正确，电源是否正常。然后对粉尘浓度监测子系统进行校准，确保监测数据的准确性。接着对智能控制子系统进行参数设置，根据实际情况调整模糊控制算法的参数。最后对喷雾执行子系统进行调试，检查喷雾装置的工作状态是否正常，喷雾效果是否满足要求。

五、智能喷雾降尘系统应用案例分析

5.1 工程概况

某矿山采矿掘进工作面采用传统的喷雾降尘方式，降尘效果不佳，粉尘浓度经常超标。为了改善作业环境，保障矿工的身体健康，该矿山引入了智能喷雾降尘系统。

5.2 应用效果

降尘效果显著：智能喷雾降尘系统应用后，掘进工作面的粉尘浓度明显降低。经检测，粉尘浓度平均降低了 70% 以上，达到了国家规定的粉尘浓度标准。

改善作业环境：降尘效果的提高有效改善了掘进工作面的作业环境，提高了能见度，减少了粉尘对矿工眼睛和呼吸道的刺激，保障了矿工的身体健康。

提高生产效率：由于作业环境的改善，矿工的工作积极性提高，设备故障率降低，生产效率得到了显著提高。

节水节能：智能喷雾降尘系统根据粉尘浓度自动调节喷雾参数，避免了水资源的浪费。与传统喷雾降尘方式相比，水资源消耗降低了 50% 以上，能源消耗降低了 30% 以上。

结论

本文研发的矿山采矿掘进工作面智能喷雾降尘系统，采用先进监测技术、智能控制算法和高效喷雾装置，实现对掘进工作面粉尘浓度的实时监测与精准降尘。系统施工安装便捷、调试简单。实际案例显示，该系统能降低粉尘浓度、改善作业环境、提高生产效率，节水节能效果好，为矿山安全生产和绿色发展提供有效技术手段，推广前景广阔。未来，随着科技进步，智能喷雾降尘系统将不断完善。如提高粉尘浓度监测精度和响应速度、优化控制算法以增强自适应能力；结合物联网技术实现远程监控管理，提升运行效率和可靠性。相信不久后，该系统将在矿山采矿领域更广泛应用，为安全生产和环保作更大贡献。

参考文献

[1] 王磊 . 煤矿掘进机智能供水系统设计 [J]. 自动化应用 ，2022，（01）：48-50.

[2] 卢剑波 . 煤矿自动化智能喷雾降尘系统研究与应用 [J]. 山东煤炭科技 ，2018，（07）：140-142.