CN110145357B - 基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统，包括喷雾降尘装置、煤尘参数监测设备、数据采集系统、智能喷雾控制系统和远程监测监控系统；本发明还公开了采用基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统的喷雾降尘方法；本发明首先进行大量模拟实验，优选出对于不同风速、煤尘浓度和煤尘粒度条件下,降尘效果最好的喷雾装置气压与水压；通过对风速、煤尘浓度和煤尘粒度实时监测，并根据测试结果，调整喷雾降尘装置的气压和水压，改变喷雾颗粒大小，提高喷雾降尘效果；同时为了降低矿井水对喷嘴的伤害，本发明针对矿井水不同水质特点，提出针对性的水处理方案，降低矿井水对喷嘴的损害，保障喷雾降尘装置的安全高效运行。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿煤尘治理技术领域，具体的说，涉及一种基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统及方法。
背景技术
矿井粉尘灾害是煤矿五大灾害之一，主要危害表现在两个方面：一是煤尘具有可燃性，高浓度煤尘瞬间发生爆炸性燃烧，继而引起煤尘爆炸，还可能引起瓦斯爆炸，造成严重的煤矿安全生产事故；二是高浓度的粉尘，尤其是呼吸性粉尘，可穿透肺泡，在肺部沉积，造成尘肺病。为保证煤矿企业安全生产及煤矿职工的身心健康，亟需对井下粉尘进行治理。
喷雾降尘是煤矿煤尘防治主要措施，传统喷雾降尘具有以下缺点：①需人工控制，易损坏，维修频繁，管理难度大；②矿井水水质较差，经常将喷雾喷嘴堵塞、损坏；③不能针对性选择喷雾颗粒，喷雾降尘效果差。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统及方法，本发明通过对风速、煤尘浓度和煤尘粒度实时监测，并根据测试结果，调整喷雾降尘装置的气压和水压，改变喷雾颗粒大小，提高喷雾降尘效果，并针对矿井水不同水质特点，提出针对性的水处理方案，降低矿井水对喷嘴的损害，保障喷雾降尘装置的安全高效运行。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统，包括喷雾降尘装置、煤尘参数监测设备、数据采集系统、智能喷雾控制系统和远程监测监控系统；
喷雾降尘装置设置在回风巷道内，喷雾降尘装置包括水箱、空气压缩机、雾化喷管和若干个喷嘴，水箱内储存有处理好的矿井水，雾化喷管上设置有进水口和进气口，各个喷嘴均匀安装在雾化喷管上，水箱与进水口通过水管连接，水管上设置水泵、第一电磁阀和水压传感器，空气压缩机与进气口通过气管连接，气管上设置有第二电磁阀和气压传感器；
煤尘参数监测设备设置在回风巷道内，煤尘参数监测设备包括粉尘传感器和粉尘粒度分析仪，回风巷道内还设置有风速测定仪；
数据采集系统采用远程终端单元，远程终端单元通过信号电缆分别与水压传感器、气压传感器、粉尘传感器、粉尘粒度分析仪和风速测定仪连接；
智能喷雾控制系统采用可编程PAU智能控制器，可编程PAU智能控制器与数据采集系统通过数据线连接，数据采集系统与远程监测监控系统通过井下通信电缆连接，远程监测监控系统与智能喷雾控制系统通过井下通信电缆连接，智能喷雾控制系统通过井下通信电缆分别与水泵、空气压缩机、第一电磁阀和第二电磁阀连接。
智能喷雾控制系统还通过井下通信电缆连接有声光报警系统。
基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统的喷雾降尘方法，包括以下步骤：
第一步、对煤矿矿井内的矿井水先进行水质测试，根据测试的结果，选择最优水处理方案；
第二步、在回风巷道进行模拟实验，得到在不同风速、煤尘浓度和粒度条件下最优的降尘率与相应的水压和气压；
第三步、利用第二步针对回风巷道中不同风速、煤尘浓度和粒度条件优选水压和气压，从而对回风巷道进行喷雾降尘，降低煤尘的浓度。
第一步具体为：
（1）、对煤矿矿井内的矿井水进行水质测试，根据测试结果，将矿井水划分为酸性矿井水、高悬浮物矿井水和高矿化度矿井水；
（2）、当矿井水pH值小于4时，将矿井水划分为酸性矿井水，处理方法为添加碱性药物进行中和反应；
（3）、当矿井水悬浮物浓度大于100mg/l时，将矿井水划分为高悬浮物矿井水，处理方法为混凝、沉淀、过滤；
（4）、当矿井水矿化度大于100mg/l时，将矿井水划分为高矿化度矿井水，处理方法为采用反渗透装置进行处理；
当矿井水同时满足酸性矿井水、高悬浮物矿井水和高矿化度矿井水条件时，处理方法依次为中和、混凝、沉淀、过滤和反渗透处理；
当矿井水满足酸性矿井水和高悬浮物矿井水条件时，处理方法依次为中和、混凝、沉淀、过滤；
当矿井水满足酸性矿井水和高矿化度矿井水条件时，处理方法依次为中和、反渗透处理；
当矿井水满足高悬浮物矿井水和高矿化度矿井水条件时，处理方法为混凝、沉淀、过滤和反渗透处理；
矿井水经过处理后，水中悬浮物的含量≤50 mg/L ，水的pH值在6.0～ 9.5 范围内，矿化度≤20mg/L。
第二步具体为：
（1）、在回风巷道内距离采煤工作面水平方向40m设置风速测定仪、粉尘传感器和粉尘粒度分析仪，在回风巷道内距离采煤工作面水平方向20m以及30m的位置分别安装一套喷雾降尘装置；
（2）、关闭喷雾降尘装置，粉尘传感器对煤尘浓度进行测试，测试结果为m1，粉尘粒度分析仪对煤尘粒度进行测试，测试结果为L1，风速测定仪对风速进行测定，测定结果为V1；
（3）、启动喷雾降尘装置，分别记录下喷雾降尘装置的水压和气压Ps1和Pg1，此时，粉尘传感器对煤尘浓度再次进行测试，测试结果为n1；
（4）、计算在水压为Ps1以及气压为Pg1条件下喷雾降尘装置的降尘率：
η1=（m1-n1）/m1×100% ；
（5）、重复步骤（2）、（3）和（4），进行多组不同水压和气压条件下的喷雾降尘测试，得出不同水压和气压条件下喷雾降尘装置的降尘率η，优选出在该风速、煤尘浓度和粒度条件下，降尘率大于85%，且降尘率最大时的水压和气压，从而将该煤尘浓度和粒度条件与上述优选的水压和气压对应记录建立联系，并通过数据采集系统上传至用于控制喷雾降尘装置工作的智能喷雾控制系统以及地面的远程监测监控系统；
（6）、通过改变通风机参数、采煤机截割速度，改变回风巷道中风速、煤尘浓度和煤尘粒度；重复步骤（1）-（5），从而得出不同煤尘浓度和粒度条件下，降尘效果最好的水压和气压；完成模拟实验。
第三步具体为：风速测定仪对风速进行测试，粉尘传感器对煤尘浓度进行测试，粉尘粒度分析仪对煤尘粒度进行测试，数据采集系统将测试的风速、煤尘浓度和煤尘粒度传至智能喷雾控制系统，智能喷雾控制系统分析测得的风速、煤尘浓度和煤尘粒度从而选出相应的水压和气压，智能喷雾控制系统通过第一电磁阀和第二电磁阀分别控制调节水压和气压，从而改变从喷嘴中喷出的雾滴颗粒大小，提高降尘率。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明首先进行大量模拟实验，通过对风速、煤尘浓度和粒度实时监测，并根据测试结果，调整喷雾降尘装置的气压和水压，改变喷雾颗粒大小，提高喷雾降尘效果。
同时为了降低矿井水对喷嘴的伤害，本发明针对矿井水不同水质特点，提出针对性的水处理方案，降低矿井水对喷嘴的损害，保障喷雾降尘装置的安全高效运行。
本发明的智能喷雾控制系统采用可编程PAU智能控制器，智能喷雾控制系统能够实现以下作用：①连续监测、实时分析煤尘浓度，超过规定报警浓度时控制声光报警系统启动，实现自动声光报警；②当煤尘浓度大于设定值时，智能喷雾控制系统发出指令，水泵、空气压缩机、第一电磁阀和第二电磁阀立即启动，喷雾降尘装置自动开始喷雾降尘，当煤尘浓度降到设定值以下时喷雾降尘装置自动停止；③根据监测到的风速、煤尘浓度和粒度，智能喷雾控制系统通过第一电磁阀和第二电磁阀分别控制调节水压和气压，改变喷雾液滴直径，提高喷雾降尘效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明在工作现场的布置示意图。
图3是本发明的工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-图3所示，一种基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统，包括喷雾降尘装置1、煤尘参数监测设备2、数据采集系统15、智能喷雾控制系统16和远程监测监控系统17；
喷雾降尘装置1设置在回风巷道3内，喷雾降尘装置1包括水箱14、空气压缩机4、雾化喷管18和若干个喷嘴5，水箱14内储存有处理好的矿井水，雾化喷管18上设置有进水口和进气口，各个喷嘴5均匀安装在雾化喷管18上，水箱14与进水口通过水管20连接，水管20上设置水泵6、第一电磁阀7和水压传感器8，空气压缩机4与进气口通过气管19连接，气管19上设置有第二电磁阀9和气压传感器10；
煤尘参数监测设备2设置在回风巷道3内，煤尘参数监测设备2包括粉尘传感器11和粉尘粒度分析仪12，回风巷道3内还设有风速测定仪13；
数据采集系统15采用远程终端单元，远程终端单元通过信号电缆21（图1中虚线示意）分别与水压传感器8、气压传感器10、粉尘传感器11、粉尘粒度分析仪12、和风速测定仪13连接；
智能喷雾控制系统16采用可编程PAU智能控制器，可编程PAU智能控制器与数据采集系统15通过数据线连接，数据采集系统15与远程监测监控系统17通过井下通信电缆连接，远程监测监控系统17与智能喷雾控制系统16通过井下通信电缆连接，智能喷雾控制系统16通过井下通信电缆22分别与水泵6、空气压缩机4、第一电磁阀7和第二电磁阀9连接。
智能喷雾控制系统16还通过井下通信电缆22连接有声光报警系统24，声光报警系统24为现有的成熟技术，本文不再赘述其构造和工作原理。
基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统的喷雾降尘方法，包括以下步骤：
第一步、对煤矿矿井内的矿井水先进行水质测试，根据测试的结果，选择最优水处理方案；
第二步、在回风巷道3进行模拟实验，得到在不同风速、煤尘浓度和粒度条件下最优的降尘率与相应的水压和气压；
第三步、利用第二步针对回风巷道3中不同煤尘浓度和粒度条件优选水压和气压，从而对回风巷道3进行喷雾降尘，降低煤尘的浓度。
第一步具体为：
（1）、对煤矿矿井内的矿井水进行水质测试，根据测试结果，将矿井水划分为酸性矿井水、高悬浮物矿井水和高矿化度矿井水；
（2）当矿井水pH值小于4时，将矿井水划分为酸性矿井水，处理方法为添加碱性药物进行中和反应；
（3）当矿井水悬浮物浓度大于100mg/l时，将矿井水划分为高悬浮物矿井水，处理方法为混凝、沉淀、过滤；
（4）当矿井水矿化度大于100mg/l时，将矿井水划分为高矿化度矿井水，处理方法为采用反渗透装置进行处理；
当矿井水同时满足酸性矿井水、高悬浮物矿井水和高矿化度矿井水条件时，处理方法依次为中和、混凝、沉淀、过滤和反渗透处理；
当矿井水满足酸性矿井水和高悬浮物矿井水条件时，处理方法依次为中和、混凝、沉淀、过滤；
当矿井水满足酸性矿井水和高矿化度矿井水条件时，处理方法依次为中和、反渗透处理；
当矿井水满足高悬浮物矿井水和高矿化度矿井水条件时，处理方法为混凝、沉淀、过滤和反渗透处理；
矿井水经过处理后，水中悬浮物的含量≤50 mg/L ，水的pH值在6.0～ 9.5 范围内，矿化度≤20mg/L。
第二步具体为：
（1）、在回风巷道3内距离采煤工作面23水平方向40m的位置（图2中C处）设置粉尘传感器11、粉尘粒度分析仪12和风速测定仪13，在回风巷道3内距离采煤工作面水平方向20m以及30m的位置（图2中A和B处）分别安装一套喷雾降尘装置1；其中图2中箭头方向表示采煤工作面的推进方向；
（2）、关闭喷雾降尘装置1，粉尘传感器11对煤尘浓度进行测试，测试结果为m1，粉尘粒度分析仪12对煤尘粒度进行测试，测试结果为L1，风速测定仪13对风速进行测定，测定结果为V1；
（3）、启动喷雾降尘装置1，分别记录下喷雾降尘装置1的水压和气压Ps1和Pg1，此时，粉尘传感器11对煤尘浓度再次进行测试，测试结果为n1；
（4）、计算在水压为Ps1以及气压为Pg1条件下喷雾降尘装置1的降尘率：
η1=（m1-n1）/m1×100% ；
（5）、重复步骤（2）、（3）和（4），进行多组不同水压和气压条件下的喷雾降尘测试，得出不同水压和气压条件下喷雾降尘装置1的降尘率η，优选出在回风巷道3中该风速、煤尘浓度和粒度条件下，降尘率大于85%，且降尘率最大时的水压和气压，从而将该煤尘浓度和粒度条件与上述优选的水压和气压对应记录建立联系，并通过数据采集系统15上传至用于控制喷雾降尘装置1工作的智能喷雾控制系统16以及地面的远程监测监控系统17；
（6）、通过改变通风机参数、采煤机截割速度，改变回风巷道3中风速、煤尘浓度和煤尘粒度；重复步骤（1）-（5），从而得出不同风速、煤尘浓度和煤尘粒度条件下，降尘效果最好的水压和气压；完成模拟实验。
第三步具体为：粉尘传感器11对煤尘浓度进行测试，粉尘粒度分析仪12对煤尘粒度进行测试，风速测定仪13对风速进行测试，数据采集系统15将测试的风速、煤尘浓度和煤尘粒度传至智能喷雾控制系统16，智能喷雾控制系统16分析测得的风速、煤尘浓度和煤尘粒度从而选出相应的水压和气压，智能喷雾控制系统16通过第一电磁阀7和第二电磁阀9分别控制调节水压和气压，从而改变从喷嘴5中喷出的雾滴颗粒大小，提高降尘率。
本发明首先进行大量模拟实验，通过对风速、煤尘浓度和粒度实时监测，并根据测试结果，调整喷雾降尘装置1的气压和水压，改变喷雾颗粒大小，提高喷雾降尘效果。
同时为了降低矿井水对喷嘴5的伤害，本发明针对矿井水不同水质特点，提出针对性的水处理方案，降低矿井水对喷嘴5的损害，保障喷雾降尘装置1的安全高效运行。
本发明的智能喷雾控制系统16采用可编程PAU智能控制器，智能喷雾控制系统16能够实现以下作用：①连续监测、实时分析煤尘浓度，超过规定报警浓度时控制声光报警系统24启动，实现自动声光报警；②当煤尘浓度大于设定值时，智能喷雾控制系统16发出指令，水泵6、空气压缩机4、第一电磁阀7和第二电磁阀9立即启动，喷雾降尘装置1自动开始喷雾降尘，当煤尘浓度降到设定值以下时喷雾降尘装置1自动停止；③根据监测到的煤尘浓度和粒度，智能喷雾控制系统16通过第一电磁阀7和第二电磁阀9分别控制调节水压和气压，改变喷雾液滴直径，提高喷雾降尘效果。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统的喷雾降尘方法，其特征在于：
基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统包括喷雾降尘装置、煤尘参数监测设备、数据采集系统、智能喷雾控制系统和远程监测监控系统；
喷雾降尘装置设置在回风巷道内，喷雾降尘装置包括水箱、空气压缩机、雾化喷管和若干个喷嘴，水箱内储存有处理好的矿井水，雾化喷管上设置有进水口和进气口，各个喷嘴均匀安装在雾化喷管上，水箱与进水口通过水管连接，水管上设置水泵、第一电磁阀和水压传感器，空气压缩机与进气口通过气管连接，气管上设置有第二电磁阀和气压传感器；
煤尘参数监测设备设置在回风巷道内，煤尘参数监测设备包括粉尘传感器和粉尘粒度分析仪，回风巷道内还设置有风速测定仪；
数据采集系统采用远程终端单元，远程终端单元通过井下通信电缆分别与水压传感器、气压传感器、粉尘传感器、粉尘粒度分析仪和风速测定仪连接；
智能喷雾控制系统采用可编程PAU智能控制器，可编程PAU智能控制器与数据采集系统通过数据线连接，数据采集系统与远程监测监控系统通过井下通信电缆连接，远程监测监控系统与智能喷雾控制系统通过井下通信电缆连接，智能喷雾控制系统通过井下通信电缆分别与水泵、空气压缩机、第一电磁阀和第二电磁阀连接；
智能喷雾控制系统还通过井下通信电缆连接有声光报警系统；
所述的喷雾降尘方法包括以下步骤：
第一步、对煤矿矿井内的矿井水先进行水质测试，根据测试的结果，选择最优水处理方案；
第二步、在回风巷道进行模拟实验，得到在不同煤尘浓度和粒度条件下最优的降尘率与相应的水压和气压；
第三步、利用第二步针对回风巷道中不同煤尘浓度和粒度条件优选水压和气压，从而对回风巷道进行喷雾降尘，降低煤尘的浓度；
第二步具体为：
（1）、在回风巷道内距离采煤工作面水平方向40m的位置设置风速测定仪、粉尘传感器和粉尘粒度分析仪，在回风巷道内距离采煤工作面水平方向20m以及30m的位置分别安装一套喷雾降尘装置；
（2）、关闭喷雾降尘装置，粉尘传感器对煤尘浓度进行测试，测试结果为m1，粉尘粒度分析仪对煤尘粒度进行测试，测试结果为L1；
（3）、启动喷雾降尘装置，分别记录下喷雾降尘装置的水压和气压Ps1和Pg1，此时，粉尘传感器对煤尘浓度再次进行测试，测试结果为n1；
（4）、计算在水压为Ps1以及气压为Pg1条件下喷雾降尘装置的降尘率：
η1=（m1-n1）/m1×100% ；
（5）、重复步骤（2）、（3）和（4），进行多组不同水压和气压条件下的喷雾降尘测试，得出不同水压和气压条件下喷雾降尘装置的降尘率η，优选出在回风巷道中该风速、煤尘浓度和粒度条件下，降尘率大于85%，且降尘率最大时的水压和气压，从而将该煤尘浓度和粒度条件与上述优选的水压和气压对应记录建立联系，并通过数据采集系统上传至用于控制喷雾降尘装置工作的智能喷雾控制系统以及地面的远程监测监控系统；
（6）、通过改变通风机参数、采煤机截割速度，改变回风巷道中风速、煤尘浓度和煤尘粒度；重复步骤（1）-（5），从而得出不同风速、煤尘浓度和粒度条件下，降尘效果最好的水压和气压；完成模拟实验。
2.根据权利要求1所述的基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统的喷雾降尘方法，其特征在于：第一步具体为：
（1）、对煤矿矿井内的矿井水进行水质测试，根据测试结果，将矿井水划分为酸性矿井水、高悬浮物矿井水和高矿化度矿井水；
（2）、当矿井水pH值小于4时，将矿井水划分为酸性矿井水，处理方法为添加碱性药物进行中和反应；
（3）、当矿井水悬浮物浓度大于100mg/l时，将矿井水划分为高悬浮物矿井水，处理方法为混凝、沉淀、过滤；
（4）、当矿井水矿化度大于100mg/l时，将矿井水划分为高矿化度矿井水，处理方法为采用反渗透装置进行处理；
当矿井水同时满足酸性矿井水、高悬浮物矿井水和高矿化度矿井水条件时，处理方法依次为中和、混凝、沉淀、过滤和反渗透处理；
当矿井水满足酸性矿井水和高悬浮物矿井水条件时，处理方法依次为中和、混凝、沉淀、过滤；
当矿井水满足酸性矿井水和高矿化度矿井水条件时，处理方法依次为中和、反渗透处理；
当矿井水满足高悬浮物矿井水和高矿化度矿井水条件时，处理方法为混凝、沉淀、过滤和反渗透处理；
矿井水经过处理后，水中悬浮物的含量≤50 mg/L ，水的pH值在6.0～ 9.5 范围内，矿化度≤20mg/L。
3.根据权利要求2所述的基于矿井水质特点和煤粉浓度的智能喷雾降尘系统的喷雾降尘方法，其特征在于：第三步具体为：风速测定仪对风速进行测试，粉尘传感器对煤尘浓度进行测试，粉尘粒度分析仪对煤尘粒度进行测试，数据采集系统将测试的风速、煤尘浓度和煤尘粒度传至智能喷雾控制系统，智能喷雾控制系统分析测得的风速、煤尘浓度和煤尘粒度从而选出相应的水压和气压，智能喷雾控制系统通过第一电磁阀和第二电磁阀分别控制调节水压和气压，从而改变从喷嘴中喷出的雾滴颗粒大小，提高降尘率。
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