CN216170994U - 掘进机智能化综合治理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种掘进机智能化综合治理系统，包括供水系统、Na₂CO₃溶液系统、供气系统、雾化设备；还包括控制系统、监控系统；监控系统布置于巷道内，且监控系统实时监控巷道内的环境信息并向控制系统传输监控到的环境信息；喷雾系统集成于掘进机，且控制系统根据接收的环境信息控制供水系统、Na₂CO₃溶液系统、供气系统和喷雾系统工作。本实用新型的治理系统集成了供水系统、Na₂CO₃溶液系统、供气系统，并均与雾化设备连接以向雾化设备内同时输送水和气，在雾化设备的雾化作用下以湿式抑尘的手段通过喷雾系统改善巷道内的环境。同时，通过监控系统实时监控巷道内的环境信息以确保控制系统控制更加精准，实现智能化控制。

Description

掘进机智能化综合治理系统

技术领域

本实用新型涉及粉尘治理技术领域，尤其涉及一种掘进机智能化综合治理系统。

背景技术

矿山粉尘污染对现场作业人员的身心健康影响较大，为进一步提高矿山粉尘污染治理技术，满足对粉尘控制更高层次的要求，保证一线作业人员与机械设备的安全，对矿山近年来粉尘危害现状及治理技术发展进行了评述。全面分析了矿山粉尘职业病自2001年以来的发展状况及主要粉尘来源，并对最新的、最先进的智能化综合治理系统的机理和工作原理进行了分析。分析可知：现阶段已有的矿山粉尘治理技术尚不完善，主要表现为对粉尘物化性质掌握不清晰、除尘设备智能性差、除尘系统不完善、除尘方式不环保等。

随着我国经济的快速发展，对矿山资源的消耗量日益加大。为满足全社会对矿产资源日益增长的需求量，矿山的开采强度及深度不断增加。但开采过程中的巷道掘进、采场爆破、溜井卸矿、路面运输等作业环节均易产生大量的粉尘，严重威胁着企业的安全生产与一线作业人员的身体健康，因此矿山粉尘污染问题的治理刻不容缓。矿山粉尘治理难度体现在：粉尘粒径小、表面积大，悬浮于风流中不易沉降，对作业环境产生持续影响；作业人员长时间接触粉尘易使人体肺泡组织纤维病变而引起尘肺病，等效直径为1～2μm的粉尘对人体的健康损害程度高达99％。

为控制粉尘污染的影响，学者们对矿山粉尘污染治理技术进行了不断探索和实践，分析了矿石粉尘的润湿性、道路粉尘的含水率、安息角、比表面积等物化性质，并形成了通风除尘、喷雾降尘、泡沫及抑尘剂抑尘等若干个粉尘防治关键技术。然而，大多数科研院所、高校的学者倾向于关注单一的防尘技术，而现场单一除尘技术对粉尘的控制能力有限；同时研究的粉尘物化性质种类少，覆盖不全面、不系统，尚未充分掌握粉尘的特性。

因此，基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种新型掘进机智能化综合治理系统，以改善矿井环境，确保施工人员的人身安全，设备的安全。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种采用气水两种介质的湿式除尘技术手段、适用于无组织排放密闭或半密闭场所的粉尘治理、抑尘效率高、节能减排、运行及维护费用低的掘进机智能化综合治理系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型的掘进机智能化综合治理系统，该系统包括：

供水系统；

Na₂CO₃溶液系统，所述Na₂CO₃溶液系统与所述供水系统连接；

供气系统；以及

与所述供水系统和所述供气系统连接的雾化设备；

所述雾化设备通过管路与喷雾系统连接以向所述喷雾系统内输送抑尘介质；

该系统还包括：

控制系统；以及

监控系统；

所述监控系统布置于巷道内，且所述监控系统实时监控巷道内的环境信息并向所述控制系统传输监控到的所述环境信息；

所述喷雾系统布置于所述掘进机的掘进头处，且所述控制系统根据接收的所述环境信息控制所述供水系统、Na₂CO₃溶液系统、供气系统和所述喷雾系统工作。

进一步的，所述喷雾系统包括：

集成于所述掘进机的干雾箱；以及

集成于所述掘进机的掘进头处、并与所述干雾箱通过管路连通的多个干雾喷头；

所述干雾喷头朝向所述掘进头的前方。

进一步的，所述供水系统包括：

水箱，所述水箱的输入端通过水路与外部水源连接以向所述水箱内输送喷雾用水；

与所述水箱的输出端通过水路连接的水泵；

所述水箱通过所述水路与所述雾化设备连接，并通过所述水泵提供喷雾用水的输送动力。

进一步的，所述水箱的输出端一侧具有至少两条水路分支；

每条所述水路分支上均安装有水泵；

两条所述水路分支的输出端通过水路与所述雾化设备连接以向所述雾化设备内输送喷雾用水。

进一步的，所述供气系统包括：

储气罐，所述储气罐通过气路与外部气源连接以向所述储气罐内输送气；

所述储气罐通过气路与所述雾化设备连通以向所述雾化设备内输送气。

进一步的，所述储气罐的输出端一侧具有至少两条气路分支；

两条所述气路分支的输出端通过气路与所述雾化设备连接。

进一步的，所述Na₂CO₃溶液系统包括：

Na₂CO₃溶液储罐，且所述Na₂CO₃溶液储罐内储存有浓度为1％的 Na₂CO₃溶液；以及

与所述供水系统的水路连通的Na₂CO₃溶液管路，所述Na₂CO₃溶液储罐通过所述Na₂CO₃溶液管路向所述供水系统输送Na₂CO₃溶液。

进一步的，所述控制系统包括：

数据分析平台；以及

配电箱；

所述数据分析平台与所述监控系统连接以接收所述监控系统监控的环境信息；

所述配电箱与民用电连接。

进一步的，所述监控系统包括：

智能鹰眼系统；

智能粉尘监测系统；以及

硫化氢气体检测仪；

所述智能鹰眼系统安装于所述巷道顶部，并用以采集巷道内的图像信息；

所述智能粉尘监测系统安装于所述巷道内，并用以采集巷道内的粉尘浓度信息；

所述硫化氢气体检测仪安装于所述巷道的底部，并用以采集巷道内的硫化氢气体浓度信息。

在上述技术方案中，本实用新型提供的一种掘进机智能化综合治理系统，具有以下有益效果：

本实用新型的治理系统集成了供水系统、供气系统、Na₂CO₃溶液系统，并均与雾化设备连接以向雾化设备内同时输送水和气，在雾化设备的雾化作用下以湿式抑尘的手段通过喷雾系统改善巷道内的环境。同时，通过监控系统实时监控巷道内的环境信息以确保控制系统控制更加精准，实现智能化控制。

本实用新型的治理系统结构简单，使用方便，喷射的雾滴颗粒直径为 1～10μm的干雾级，能够很好地治理PM2.5粉尘，可以避免尘肺病的发生。从污染源头治理，在其沉淀能够形成浓而密的雾池，耗水量小，全自动PLC 控制，智能化程度高，实现了节能减排，运行和维护费用低。

本实用新型的治理系统根据掘进机的作业情况，将喷雾系统集成在掘进机的掘进头上，随着掘进机的作业，通过监控系统监控巷道内的环境信息，以控制掘进头处的喷雾系统的工作，智能化程度更好，环境治理效果更好，从源头解决了灰尘问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的掘进机智能化综合治理系统的系统流程图。

附图标记说明：

101、水箱；102、水路；103、水路分支；104、水泵；

201、储气罐；202、气路；203、气路分支；

3、雾化设备；

401、干雾箱；402、干雾喷头；

501、智能鹰眼系统；502、智能粉尘监测系统；503、硫化氢气体检测仪；

601、数据分析平台；602、配电箱；

701、Na₂CO₃溶液储罐；702、Na₂CO₃溶液管路；

8、掘进机；

9、巷道。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

参见图1所示；

本实施例的巷道智能化综合治理系统，该系统包括：

供水系统；

Na₂CO₃溶液系统，Na₂CO₃溶液系统与供水系统连接；

供气系统；以及

与供水系统和供气系统连接的雾化设备3；

雾化设备3通过管路与喷雾系统连接以向喷雾系统内输送抑尘介质；

该系统还包括：

控制系统；以及

监控系统；

监控系统布置于巷道9内，且监控系统实时监控巷道9内的环境信息并向控制系统传输监控到的环境信息；

喷雾系统布置于掘进机8的掘进头处，且控制系统根据接收的环境信息控制供水系统、Na₂CO₃溶液系统、供气系统和喷雾系统工作。

具体的，本实施例公开了一种掘进机智能化综合治理系统，其包括供水系统、Na₂CO₃溶液系统、供气系统，该供水系统、Na₂CO₃溶液系统、供气系统均与雾化设备3连接，同时，雾化设备3通过对应管路与掘进机8 的掘进头处布置的喷雾系统连接，以通过喷雾系统实现巷道9内、尤其是掘进机8的掘进头前方的湿式降尘。同时，为了实现智能化控制，实现节能减排，本实施例的系统还设计了控制系统和监控系统，以实时监控巷道 8内的环境信息，并让控制系统根据检测到的环境信息来对应控制该系统。

本实施例涉及的雾化设备3选用微米级干雾机；微米级干雾机由多个系统组成，主要包括电控系统、流量控制系统、多功能控制系统等。在面板上安装有电控系统按钮，内部安装集成化编程的电控模块，从而实现自动控制。机体为碳钢喷塑，防护等级为IP65标准。

优选的，本实施例的喷雾系统包括：

集成于掘进机8的干雾箱401；以及

集成于掘进机8的掘进头处、并与干雾箱401通过管路连通的多个干雾喷头402；

干雾喷头402朝向掘进头的前方。

优选的，本实施例的供水系统包括：

水箱101，水箱101的输入端通过水路102与外部水源连接以向水箱 101内输送喷雾用水；

与水箱101的输出端通过水路102连接的水泵104；

水箱101通过水路102与雾化设备3连接，并通过水泵104提供喷雾用水的输送动力。

水箱101的输出端一侧具有至少两条水路分支103；

每条水路分支103上均安装有水泵104；

两条水路分支103的输出端通过水路102与雾化设备3连接以向雾化设备内输送喷雾用水。

另外，进一步的：供气系统包括：

储气罐201，储气罐201通过气路202与外部气源连接以向储气罐201 内输送气；

储气罐201通过气路202与雾化设备3连通以向雾化设备内输送气。

储气罐201的输出端一侧具有至少两条气路分支203；

两条气路分支203的输出端通过气路202与雾化设备3连接。

工作时，当空气压缩机的排气量不能满足干雾机瞬时排量要求时，储气罐201先储存螺杆式空气压缩机排出的压缩空气，以满足干雾抑尘装置瞬时用气量的需要。

优选的，本实施例的Na₂CO₃溶液系统包括：

Na₂CO₃溶液储罐701，且Na₂CO₃溶液储罐701内储存有浓度为1％的 Na₂CO₃溶液；以及

与供水系统的水路连通的Na₂CO₃溶液管路702，Na₂CO₃溶液储罐701 通过Na₂CO₃溶液管路702向供水系统输送Na₂CO₃溶液。

优选的，本实施例的控制系统包括：

数据分析平台601；以及

配电箱602；

数据分析平台601与监控系统连接以接收监控系统监控的环境信息；

配电箱602与民用电连接。

更为优选的是：

上述的监控系统包括：

智能鹰眼系统501；

智能粉尘监测系统502；以及

硫化氢气体检测仪503；

智能鹰眼系统501安装于巷道9顶部，并用以采集巷道9内的图像信息；

智能粉尘监测系统502安装于巷道9内，并用以采集巷道9内的粉尘浓度信息；

硫化氢气体检测仪503安装于巷道9的底部，并用以采集巷道9内的硫化氢气体浓度信息。

当需要抑尘时，智能化综合治理系统的监控系统提前介入工作，首先由智能粉尘监测系统502、智能温度探测器、智能鹰眼系统501、硫化氢气体检测仪503等对信号进行捕捉和采集，然后将采集到的信号由数据分析平台运算后驱动执行器与设备将气源、水源供入雾化设备(水气分配器)，最后产生微米级干雾进而实现抑尘的目的。在该系统中，敏锐的感应系统自动识别人员的通过，并及时暂停干雾喷射，待人员驶离隔离系统后，系统自动恢复到抑尘常态。另外，在系统检测到环境中存在H₂S气体时，控制器立刻响应，启动提前置备好的Na₂CO₃溶液储罐的阀门，该储罐与常态化抑尘时水源储罐为并联形式。使造雾系统水源变为合理浓度的Na₂CO₃溶液，进而起到消除H₂S气体的目的，最终使系统再次进入常态化。Na₂CO₃溶液储罐设置了液位报警系统，确保一次制备满足单系列运行两小时以上。

本实施例涉及的智能鹰眼系统501的原理是基于仿生学设计，鹰的视觉具有高灵敏度、大视场、探测距离远和识别精度高的优点，在动物界中首屈一指，各国也纷纷在模仿鹰眼的视觉能力上开展研究，期望得到实时性高、探测距离远、识别准确率高的探测系统。仿鹰眼的研究主要集中在功能性仿生和结构性仿生。根据鹰眼的生理结构设计一个广域跟踪系统。系统根据鹰眼利用双目视觉搜索目标，单目视觉观察目标的原理，设计了具有多个探测器的智能云台控制平台，模拟鹰观察目标时头部的运动，多个探测器分别为若干个焦相机和若干个普通相机组成，其中使用长焦相机模拟鹰眼的单目视觉，对目标产生高分辨率的视场，两个普通相机则组成广域视角，模仿鹰眼的双目视觉搜索目标，为长焦相机提供目标位置。

针对监控场景中低分辨率摄像机独立采集监控场景，目标分辨率低、信息不能有效利用的问题，通过可变焦阵列摄像机协同获取不同分辨率多目标视频的思路，实现在大的场景尺度下，低代价获取多目标的高分辨率视频和高质量场景视频的功能，用N个可变焦的低分辨率摄像机拍摄同一个场景，其中阵列中心的一个摄像机拍摄整个场景，其余N-1个摄像机用于拍摄场景中的目标，利用场景中目标的个数、位置和尺度信息，计算摄像机工作参数，控制摄像机的协同工作，获取场景视频和不同分辨率的目标视频，再利用图像融合技术获得高分辨率的大视场监控功能。

智能化鹰眼系统401中，作业面内任何机械与人员的动作都将被完全采集和记录，进而联合智能粉尘监测系统建设一张以5G为核心的基础连接网络；同时构建两个实现全要素数据互通交互和网络智能化运维管理的高质量网络平台和HSE智慧云平台，对作业面“靶向”抑尘。

本实施例涉及的智能粉尘监测系统502的原理为由于粉尘颗粒物质会对光发生散射和吸收的情况，这样就会使得光能变少，光散射测尘法就是利用这样的原理，在仪器的内部结构中有相干性较好的光源，光源发出一束光照射在含有粉尘的气体中，经过粉尘颗粒的散射作用，光的强度发生变化，有关的光电检测仪器测出强度的变化，经过一系类的电路转换，最后计算出粉尘的浓度。光在介质中散射与入射光的波长、粒径分布以及尘粒大小和形状有关系。

在检测仪器的外部装置了风扇，风扇将检测仪器探头外部空气吸入进探头入口，进过滤光装置，滤去外部光束，单束光进入检测装置中，这束光平行射入，与受光物质成垂直角度，当含有尘样的空气进入这个直角区时，粉尘颗粒会对光发生反射，经过颗粒的反射的散射的作用下，就会通过有关装置来进行转换成电信号，由于电信号不明显，就必须要经过放大器来进行放大，并且对相关电路进行处理，得到了与粉尘浓度相对应的电压信号，这个电压信号经过运算，就转换成尘样的浓度。

智能粉尘检测是在利用激光粉尘浓度检测仪器测量粉尘的基础之上，增加了无线传输、数据处理和数据存储等功能，使其智能化。采用了光散射的原理，可以准确的测量出作业面粉尘的相对质量浓度值。粉尘散射光强度与粉尘的相对质量浓度值之间存在着线性关系。测量结果和智能化抑尘设备喷雾量亦成线性关系，即随着粉尘浓度的提高，除尘系统会逐渐启动更多的造雾喷头进而增大除尘雾量直至粉尘消除为止。

另外，本系统还包括智能巷道粉尘隔离系统，在智能巷道粉尘隔离系统中，敏锐的感应系统自动识别人员的通过，并及时暂停干雾喷射，待人员驶离隔离系统后，系统自动恢复到抑尘常态。

在上述技术方案中，本实用新型提供的一种掘进机智能化综合治理系统，具有以下有益效果：

本实用新型的治理系统集成了供水系统、供气系统、Na₂CO₃溶液系统，并均与雾化设备3连接以向雾化设备3内同时输送水和气，在雾化设备3 的雾化作用下以湿式抑尘的手段通过喷雾系统改善巷道内的环境。同时，通过监控系统实时监控巷道内的环境信息以确保控制系统控制更加精准，实现智能化控制。

本实用新型的治理系统结构简单，使用方便，喷射的雾滴颗粒直径为 1～10μm的干雾级，能够很好地治理PM2.5粉尘，可以避免尘肺病的发生。从污染源头治理，在其沉淀能够形成浓而密的雾池，耗水量小，全自动PLC 控制，智能化程度高，实现了节能减排，运行和维护费用低。

本实用新型的治理系统根据掘进机8的作业情况，将喷雾系统集成在掘进机8的掘进头上，随着掘进机8的作业，通过监控系统监控巷道9内的环境信息，以控制掘进头处的喷雾系统的工作，智能化程度更好，环境治理效果更好，从源头解决了灰尘问题。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.掘进机智能化综合治理系统，其特征在于，该系统包括：

供水系统；

Na₂CO₃溶液系统，所述Na₂CO₃溶液系统与所述供水系统连接；

供气系统；以及

与所述供水系统和所述供气系统连接的雾化设备(3)；

所述雾化设备(3)通过管路与喷雾系统连接以向所述喷雾系统内输送抑尘介质；

该系统还包括：

控制系统；以及

监控系统；

所述监控系统布置于巷道(9)内，且所述监控系统实时监控巷道(9)内的环境信息并向所述控制系统传输监控到的所述环境信息；

所述喷雾系统布置于所述掘进机(8)的掘进头处，且所述控制系统根据接收的所述环境信息控制所述供水系统、Na₂CO₃溶液系统、供气系统和所述喷雾系统工作。

2.根据权利要求1所述的掘进机智能化综合治理系统，其特征在于，所述喷雾系统包括：

集成于所述掘进机(8)的干雾箱(401)；以及

集成于所述掘进机(8)的掘进头处、并与所述干雾箱(401)通过管路连通的多个干雾喷头(402)；

所述干雾喷头(402)朝向所述掘进头的前方。

3.根据权利要求2所述的掘进机智能化综合治理系统，其特征在于，所述供水系统包括：

水箱(101)，所述水箱(101)的输入端通过水路(102)与外部水源连接以向所述水箱(101)内输送喷雾用水；

与所述水箱(101)的输出端通过水路(102)连接的水泵(104)；

所述水箱(101)通过所述水路(102)与所述雾化设备(3)连接，并通过所述水泵(104)提供喷雾用水的输送动力。

4.根据权利要求3所述的掘进机智能化综合治理系统，其特征在于，所述水箱(101)的输出端一侧具有至少两条水路分支(103)；

每条所述水路分支(103)上均安装有水泵(104)；

两条所述水路分支(103)的输出端通过水路(102)与所述雾化设备(3)连接以向所述雾化设备(3)内输送喷雾用水。

5.根据权利要求4所述的掘进机智能化综合治理系统，其特征在于，所述供气系统包括：

储气罐(201)，所述储气罐(201)通过气路(202)与外部气源连接以向所述储气罐(201)内输送气；

所述储气罐(201)通过气路(202)与所述雾化设备(3)连通以向所述雾化设备(3)内输送气。

6.根据权利要求5所述的掘进机智能化综合治理系统，其特征在于，所述储气罐(201)的输出端一侧具有至少两条气路分支(203)；

两条所述气路分支(203)的输出端通过气路(202)与所述雾化设备(3)连接。

7.根据权利要求4所述的掘进机智能化综合治理系统，其特征在于，所述Na₂CO₃溶液系统包括：

Na₂CO₃溶液储罐(701)，且所述Na₂CO₃溶液储罐(701)内储存有浓度为1％的Na₂CO₃溶液；以及

与所述供水系统的水路连通的Na₂CO₃溶液管路(702)，所述Na₂CO₃溶液储罐(701)通过所述Na₂CO₃溶液管路(702)向所述供水系统输送Na₂CO₃溶液。

8.根据权利要求1所述的掘进机智能化综合治理系统，其特征在于，所述控制系统包括：

数据分析平台(601)；以及

配电箱(602)；

所述数据分析平台(601)与所述监控系统连接以接收所述监控系统监控的环境信息；

所述配电箱(602)与民用电连接。

9.根据权利要求1所述的掘进机智能化综合治理系统，其特征在于，所述监控系统包括：

智能鹰眼系统(501)；

智能粉尘监测系统(502)；以及

硫化氢气体检测仪(503)；

所述智能鹰眼系统(501)安装于所述巷道(9)顶部，并用以采集巷道(9)内的图像信息；

所述智能粉尘监测系统(502)安装于所述巷道(9)内，并用以采集巷道(9)内的粉尘浓度信息；

所述硫化氢气体检测仪(503)安装于所述巷道(9)的底部，并用以采集巷道(9)内的硫化氢气体浓度信息。

Images