裴聯(lián)芳

（長治市煤礦技術(shù)服務中心，山西 長治 046000）

引言

采煤機是井下綜采作業(yè)的核心設備，其工作穩(wěn)定性和可靠性直接決定了井下綜采作業(yè)的效率，在綜采作業(yè)過程中，煤炭從煤壁上剝離時會產(chǎn)生大量的粉塵，不僅使綜采面能見度降低，影響綜采安全性而且還給綜采作業(yè)人員的身體健康造成極大的影響。目前的采煤機雖然配備有噴霧降塵裝置，但采用了定壓力噴霧降塵控制模式，噴霧降塵的控制效率較低，噴霧降塵效果差，無法滿足井下自動化高速綜采作業(yè)的需求。因此，本文結(jié)合井下噴霧降塵的實際需求，提出并分析一種新的噴霧降塵控制系統(tǒng)。

1 噴霧降塵控制系統(tǒng)

為了滿足靈活控制的需求，本文所提出的采煤機新型噴霧降塵控制系統(tǒng)主要包括控制中心、增壓裝置、通信模組、噴霧分控制器等，其采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，提高了使用靈活性，能夠根據(jù)采煤機的不同情況進行靈活的調(diào)整，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 噴霧降塵控制系統(tǒng)示意圖

由圖1可知，該控制系統(tǒng)分為地面控制中心和井下控制系統(tǒng)兩個部分，地面控制中心主要顯示井下綜采作業(yè)環(huán)境和采煤機的綜采作業(yè)狀態(tài)，為監(jiān)測人員的遠程控制和調(diào)節(jié)提供依據(jù)。井下控制系統(tǒng)主要包括了主控制器、噴霧分控制器、通信系統(tǒng)和增壓水泵，分控制器主要用于對各噴霧裝置的噴霧狀態(tài)進行監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果通過CAN數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)匯總到主控制器，主控器結(jié)合各分噴霧裝置的監(jiān)測結(jié)果及井下綜采作業(yè)環(huán)境后，對增壓水泵的增壓量進行調(diào)整，從而滿足在不同工況下柔性噴霧降塵控制的需求。

2 噴霧分控制器

噴霧分控制器是井下噴霧控制的核心，其控制準確性直接決定了噴霧降塵的效果，由于采煤機綜采作業(yè)環(huán)境惡劣，因此在滿足控制需求的前提下需要盡量提升分控制器的使用可靠性。因此該分控制器在設計時優(yōu)先采用了模塊化設計，主要包括集成式傳感器模塊、微控制器模塊、電源模塊及數(shù)據(jù)收發(fā)模塊[2]。

傳感器模塊同樣采用了集成化設計的方式，主要包括粉塵傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器等，用于對采煤機周圍綜采環(huán)境及采煤環(huán)境進行監(jiān)測，然后將監(jiān)測信息傳遞給微控制器模塊，為噴霧降塵控制系統(tǒng)的集中調(diào)控提供依據(jù)。電源模塊主要為各功能模塊的正常運行提供穩(wěn)定的電源，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊主要用于各控制器之間的相互通信，確保數(shù)據(jù)通信的安全性和可靠性，該噴霧分控制器整體結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示，其中粉塵傳感器采用了ZK-500型傳感器、煙霧傳感器選擇GQQ5型傳感器，在溫度超過設定值時自動觸發(fā)控制報警信號，紅外傳感器選擇GUG8F型的，能夠以紅外線作為信息載體，然后將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳輸給分控制器，觸控傳感器采用ZP-12C型，聲控傳感器選擇ZP-127型，所選傳感器均具有很高的可靠性，有效提升井下的實際應用效果。

圖2 噴霧分控制器整體結(jié)構(gòu)示意圖

3 噴霧控制系統(tǒng)控制邏輯

井下采煤機綜采作業(yè)環(huán)境復雜，同一時間內(nèi)的數(shù)據(jù)信息量極大，因此需要對噴霧控制系統(tǒng)的控制程序進行優(yōu)化，保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，項目組經(jīng)過對采煤機截割作業(yè)規(guī)律、噴霧降塵規(guī)律的分析，并考慮作業(yè)時可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)波動，最終確定了采用雙重判斷的控制邏輯，其控制流程如圖3所示[3]。

圖3 噴霧降塵控制邏輯示意圖

由圖3可知，該控制系統(tǒng)以單片機為控制核心，采用年C語音編制器來對各個功能程序進行控制，同時為了保持系統(tǒng)的工作效率并提高邏輯運算的便捷性，采用了調(diào)用子程序模式來實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化設計，系統(tǒng)通過判斷是否為控制指令并對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)信息進行分析，綜合判斷OK后系統(tǒng)才會執(zhí)行調(diào)控命令，實現(xiàn)對該控制系統(tǒng)的柔性控制，滿足不同情況下的智能噴霧降塵需求。

4 噴嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)化

噴霧降塵裝置的噴嘴結(jié)構(gòu)直接決定了噴霧降塵的效率和可靠性，目前多數(shù)噴嘴結(jié)構(gòu)為直通式噴嘴，噴嘴直徑為1 mm在使用過程中噴嘴易堵塞，而且在不同壓力作用下的霧化效果變化不顯著，難以滿足多工況下的噴霧降塵需求，因此經(jīng)過多次試驗驗證后，本文提出了一種新的噴嘴結(jié)構(gòu)，如圖4所示[4]。

圖4 新型噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖

由圖4可知，該新型噴嘴采用了中空式噴霧引射腔，引射腔后側(cè)有噴霧引射筒，當采煤機在綜采作業(yè)時，噴霧降塵裝置將高壓水噴出，從而在引射腔內(nèi)形成一個負壓區(qū)，將周圍含有煤粉的空氣吸入到引射腔內(nèi)，然后再將氣流噴出，提高降塵效果。

5 結(jié)論

1）采煤機新型噴霧降塵控制系統(tǒng)主要包括控制中心、增壓裝置、通信模組、噴霧分控制器等，其采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，具有可靠性高，靈活性好的優(yōu)點；

2）分控制器在設計時優(yōu)先采用了模塊化設計，主要包括集成式傳感器模塊、微控制器模塊、電源模塊及數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；

3）新型噴嘴采用了中空式噴霧引射腔，能夠有效提高降塵效果。