摘要：煤礦巷道是粉塵積聚和擴(kuò)散的主要場所，對煤礦生產(chǎn)安全及礦工的健康造成嚴(yán)重影響。傳統(tǒng)的巷道水霧除塵設(shè)備存在除塵效果不佳、能耗較高等問題，將人工智能技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備改進(jìn)中，有助于使得設(shè)備更加智能化，提高其水霧除塵效果。本文基于傳統(tǒng)巷道水霧除塵設(shè)備存在的局限性，就人工智能技術(shù)的具體應(yīng)用展開探討，旨在豐富設(shè)備應(yīng)用功能，推動(dòng)煤礦行業(yè)持續(xù)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù)；煤礦巷道；水霧除塵設(shè)備

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.02.040

中圖分類號：TD 82；TP 18" " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）02-0-03

Application of Artificial Intelligence Technology in Water Mist Dust Removal Equipment of Coal Mine Roadway

HU Shiqi1， ZHAO Menghao2

（1. National Energy digital Intelligence Technology Development （Beijing） Co.， Ltd.， Beijing 100089， China;

2. National Energy Xinjiang Tunbao Mining Co.， Ltd.， Urumqi 830000， China）

Abstract： Coal mine roadway is the main place of dust accumulation and diffusion， which has a serious impact on coal mine production safety and miners' health. The traditional water mist dust removal equipment of roadway has the problems of poor effect and high energy consumption. The application of artificial intelligence technology in the improvement of equipment will help to make the equipment more intelligent and improve the effect of water mist dust removal. Based on the limitations of traditional water mist dust removal equipment in roadway， this paper discusses the specific application of artificial intelligence technology in order to enrich the application functions of equipment and promote the sustainable development of coal mine industry.

Keywords： artificial intelligence technology; coal mine roadway; water mist dust removal equipment

傳統(tǒng)巷道水霧除塵方法一般是采用噴霧設(shè)備進(jìn)行噴灑，將水霧細(xì)化成微小的水滴，其能夠和懸浮在空氣中的粉塵顆粒結(jié)合，如此達(dá)到除塵的作用。但是，受多方面因素的影響，傳統(tǒng)設(shè)備使用存在諸多局限性，相應(yīng)的除塵效果并不好。新時(shí)代，各類智能化技術(shù)層出不窮，為了能滿足煤礦的需求，可以對傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化更新，從多個(gè)層面著手，對功能進(jìn)行豐富升級并采用自動(dòng)化控制手段等，切實(shí)有效地提高設(shè)備使用性能，不僅能進(jìn)一步提高煤礦的安全水平，輔助作業(yè)效率提升，還能降低礦工的健康風(fēng)險(xiǎn)。

1" "傳統(tǒng)煤礦巷道水霧除塵方法

傳統(tǒng)煤礦巷道除塵方法主要包括機(jī)械除塵和化學(xué)除塵。機(jī)械除塵主要依賴物理過濾或吸附作用來去除空氣中的粉塵，但設(shè)備復(fù)雜且維護(hù)成本高?；瘜W(xué)除塵則通過化學(xué)反應(yīng)來固化或分解粉塵，然而這種方法可能產(chǎn)生二次污染，并且化學(xué)試劑的使用和管理也帶來一定的安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。此外，這些方法往往除塵效率不高，難以滿足現(xiàn)代煤礦安全生產(chǎn)和環(huán)保要求[1]。

2" "傳統(tǒng)煤礦巷道水霧除塵設(shè)備的局限性

2.1 運(yùn)行參數(shù)固定

傳統(tǒng)巷道水霧除塵設(shè)備在煤礦或其他礦產(chǎn)資源的開采過程中，起著至關(guān)重要的作用。然而，這些設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)通常是預(yù)設(shè)且固定的，缺乏靈活性和自適應(yīng)性。巷道工作環(huán)境復(fù)雜多變，其中粉塵濃度、氣流速度和濕度等關(guān)鍵因素都會隨著開采的推進(jìn)而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。例如，隨著巷道的不斷挖掘，粉塵的產(chǎn)生量可能會增加，而巷道內(nèi)的通風(fēng)情況也可能因?yàn)橄锏赖难由旌偷匦蔚淖兓艿接绊?。傳統(tǒng)巷道水霧除塵設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮這些動(dòng)態(tài)變化，其運(yùn)行參數(shù)一旦設(shè)定就難以更改。剛性設(shè)置在面對不斷變化的巷道環(huán)境時(shí)顯得捉襟見肘，無法根據(jù)實(shí)時(shí)的粉塵濃度、氣流速度和濕度等因素進(jìn)行自我調(diào)整。因此，當(dāng)巷道條件發(fā)生改變時(shí)，設(shè)備往往無法提供最優(yōu)的除塵效果，甚至在某些極端情況下，除塵效果會大打折扣，從而對工作環(huán)境和工人的健康造成潛在威脅。

2.2 除塵效果受限

首先，巷道的結(jié)構(gòu)對除塵效果有著顯著的影響。巷道的寬度、高度、彎曲程度以及壁面的粗糙度等都會影響氣流的流動(dòng)模式和粉塵的分布情況，進(jìn)而影響到除塵設(shè)備的工作效率。例如，在狹窄或彎曲的巷道中，氣流容易形成渦流，導(dǎo)致粉塵難以被有效清除。其次，粉塵的濃度也是一個(gè)關(guān)鍵因素。當(dāng)粉塵濃度過高時(shí)，水霧與粉塵顆粒的碰撞概率增加，有利于提高除塵效率。但同時(shí)，當(dāng)粉塵濃度過高時(shí)，也可能導(dǎo)致水霧被迅速飽和，降低了除塵效果。然而，粉塵濃度過低時(shí)，水霧與粉塵顆粒的碰撞機(jī)會減少，同樣會影響除塵效果。再次，氣流速度對除塵效果也有著不可忽視的影響。當(dāng)氣流速度過快時(shí)，粉塵顆粒容易被迅速帶走，減少了水霧與粉塵的接觸時(shí)間，從而降低了除塵效率[2]。而當(dāng)氣流速度過慢時(shí)，則可能導(dǎo)致粉塵在巷道內(nèi)積聚，難以被清除。除了上述因素，傳統(tǒng)設(shè)備的除塵效果還受到水霧噴灑量和頻率的直接影響。當(dāng)噴灑量過少時(shí)，水霧無法充分覆蓋巷道內(nèi)的粉塵顆粒，導(dǎo)致除塵效果不佳。而當(dāng)噴灑量過多時(shí)，雖然能夠增加水霧與粉塵的碰撞機(jī)會，但也可能造成水資源的浪費(fèi)，甚至導(dǎo)致巷道濕滑等安全問題。噴灑頻率的不合理設(shè)置也會影響除塵效果，當(dāng)頻率過低時(shí)，水霧無法持續(xù)有效地清除粉塵；當(dāng)頻率過高時(shí)，則可能造成設(shè)備的過度磨損和能源的浪費(fèi)。

2.3 能耗較高

傳統(tǒng)的巷道水霧除塵設(shè)備在執(zhí)行噴灑任務(wù)時(shí)，對水資源和能源的依賴尤為突出。在大規(guī)模的巷道開采作業(yè)中，為了保持巷道的空氣清潔，水霧噴灑量和頻率常常被設(shè)定得相對較高。高頻率、大量的噴灑不僅消耗了大量的水資源，還因?yàn)樾枰粩囹?qū)動(dòng)水泵和控制系統(tǒng)而耗費(fèi)可觀的能源。特別是在水資源匱乏的地區(qū)，消耗尤為引人關(guān)注，不僅增加了運(yùn)營成本，還對當(dāng)?shù)氐乃Y源構(gòu)成了不小的壓力。同時(shí)，傳統(tǒng)巷道水霧除塵設(shè)備的噴霧效果并非只受噴灑量和頻率的影響，水質(zhì)也是一個(gè)重要的考量因素。如果水質(zhì)較差，含有較多的雜質(zhì)和礦物質(zhì)，那么在通過噴嘴時(shí)，雜質(zhì)可能會造成噴嘴堵塞或者噴霧不均勻，不僅影響了噴霧的覆蓋范圍，還可能導(dǎo)致除塵效果不佳，甚至在某些情況下會加劇設(shè)備的磨損，增加維護(hù)成本。此外，水質(zhì)問題還可能影響水霧與粉塵的結(jié)合能力。硬水中的礦物質(zhì)可能會影響水霧的電荷分布，進(jìn)而降低其與粉塵顆粒的結(jié)合效率[3]。

2.4 設(shè)備維護(hù)困難

傳統(tǒng)巷道水霧除塵設(shè)備作為煤礦等惡劣工作環(huán)境中保障空氣質(zhì)量和安全生產(chǎn)的重要設(shè)施，其日常運(yùn)維工作尤為關(guān)鍵。首先，煤礦巷道的空間往往狹窄且曲折，給設(shè)備的日常檢查和維護(hù)帶來了極大的不便。工作人員需要在有限的空間內(nèi)進(jìn)行操作，不僅影響了工作效率，還增加了操作過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。其次，煤礦內(nèi)的高粉塵環(huán)境會加速設(shè)備的磨損和堵塞，特別是噴嘴和過濾器等關(guān)鍵部件，更容易受到粉塵的侵蝕，需要更頻繁地清潔和更換，不僅困難重重，還會對工作人員的身體健康構(gòu)成威脅。最后，煤礦內(nèi)的潮濕環(huán)境可能存在的腐蝕性氣體，也會對設(shè)備造成損害，使設(shè)備更容易生銹和腐蝕，進(jìn)一步增加了維護(hù)和清潔的難度。

2.5 智能化程度低

傳統(tǒng)巷道水霧除塵設(shè)備盡管在一定程度上能夠滿足除塵的需求，但在自動(dòng)化程度和智能化水平上確實(shí)還存在較大的提升空間。設(shè)備的控制系統(tǒng)往往停留在較為初級階段，主要采用簡單的定時(shí)噴灑或依賴人工進(jìn)行手動(dòng)控制。定時(shí)噴灑模式雖然簡單易行，但缺乏靈活性和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。它無法根據(jù)巷道內(nèi)粉塵濃度的實(shí)時(shí)變化來調(diào)整噴灑的強(qiáng)度和頻率，因此常常出現(xiàn)噴灑過度或不足的情況。而手動(dòng)控制模式則更加依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)和判斷，不僅增加了人力成本，也無法保證每次操作的一致性和準(zhǔn)確性。更重要的是，傳統(tǒng)設(shè)備普遍缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測和自適應(yīng)調(diào)整功能，無法依據(jù)關(guān)鍵參數(shù)的變化自動(dòng)調(diào)整噴灑策略，以達(dá)到最佳的除塵效果。智能化水平的不足，不僅影響了除塵效率，還可能導(dǎo)致能源浪費(fèi)。

3" "人工智能技術(shù)在煤礦巷道水霧除塵設(shè)備中的應(yīng)用策略

3.1 改進(jìn)方向

基于傳統(tǒng)水霧降塵技術(shù)，煤礦巷道除塵裝置結(jié)合人工智能技術(shù)，以提升除塵效率和降低能源消耗，同時(shí)還能根據(jù)環(huán)境進(jìn)行智能自我調(diào)整。其中，對于各類設(shè)備予以智能監(jiān)控和調(diào)控是一大方向，對設(shè)備配備專門的傳感器、監(jiān)控設(shè)備等，可以動(dòng)態(tài)了解當(dāng)下某個(gè)區(qū)域內(nèi)的粉塵含量，在顯示屏上顯示空氣質(zhì)量。而后，應(yīng)用人工智能算法，系統(tǒng)分析處理多個(gè)數(shù)據(jù)，整合得出結(jié)論，輔助施工人員了解巷道內(nèi)的工作環(huán)境變化并采取有針對性的應(yīng)對措施。通過應(yīng)用智能水霧噴灑裝置，可對區(qū)域內(nèi)的粉塵等予以及時(shí)清除，以此達(dá)到更加精準(zhǔn)的除塵成效。智能調(diào)整是技術(shù)升級的另一重要路徑，通過建立煤礦巷道環(huán)境與工作狀態(tài)的數(shù)字化模型，并融合實(shí)時(shí)采集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，能夠自動(dòng)調(diào)整噴霧裝置的運(yùn)作模式和噴霧量，以滿足多樣化的除塵要求。智能調(diào)整功能能夠依據(jù)巷道的實(shí)時(shí)狀況采取靈活應(yīng)對策略，從而確保除塵效果的穩(wěn)定性和可信度[4]。

3.2 智能水霧噴灑系統(tǒng)

在傳感器監(jiān)測方面，為了更精確地掌握巷道環(huán)境狀況，可以通過安裝煤塵傳感器、風(fēng)速傳感器和濕度傳感器等多種設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測巷道中的煤塵濃度、風(fēng)速以及濕度等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)。傳感器不僅具備高精度的測量能力，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，確保監(jiān)控中心能夠即時(shí)獲取巷道內(nèi)的環(huán)境信息。通過對歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的綜合比對，系統(tǒng)能夠?qū)W習(xí)并識別出煤塵擴(kuò)散的規(guī)律和趨勢，進(jìn)而預(yù)測出未來的煤塵擴(kuò)散情況。這不僅有助于提前預(yù)警，還能為智能水霧噴灑系統(tǒng)提供決策支持，確定最佳的噴灑時(shí)機(jī)。在自動(dòng)化控制方面，基于上述數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，智能水霧噴灑系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高度的自動(dòng)化控制。系統(tǒng)可以根據(jù)巷道內(nèi)的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)和煤塵擴(kuò)散預(yù)測，自動(dòng)調(diào)節(jié)水霧的噴灑量和噴灑時(shí)間。智能調(diào)節(jié)不僅確保了除塵效果的最大化，還能有效避免水資源的浪費(fèi)。通過這種方式，智能水霧噴灑系統(tǒng)能夠在復(fù)雜的巷道環(huán)境中完成精準(zhǔn)、高效的除塵作業(yè)，可顯著提升巷道的空氣質(zhì)量和工作安全性。

3.3 智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

在風(fēng)速監(jiān)測方面，為了精確掌握巷道中的空氣流動(dòng)狀況，我們專門安裝了風(fēng)速傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測巷道中的風(fēng)速或氣流速度，并將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)，即時(shí)的風(fēng)速監(jiān)測對于確保水霧除塵系統(tǒng)的有效性運(yùn)行至關(guān)重要。在數(shù)據(jù)分析與控制策略方面，我們利用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對監(jiān)測到的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行深度處理?；谶@些數(shù)據(jù)，建立一個(gè)風(fēng)速控制模型，該模型能夠指導(dǎo)系統(tǒng)如何根據(jù)當(dāng)前的風(fēng)速條件調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。具體來說，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)整其葉片角度，使得巷道內(nèi)的風(fēng)速保持在合理的范圍內(nèi)。噴灑出來的水霧可以覆蓋煤塵區(qū)域，可有效提高除塵效果。面對不同的環(huán)境變化情況，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)也可以自動(dòng)調(diào)整，對系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)予以收集分析，調(diào)整風(fēng)速變化。無論是風(fēng)速的突然增加還是減少，系統(tǒng)都能迅速做出反應(yīng)，通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來保持巷道內(nèi)風(fēng)速的穩(wěn)定性。自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能不僅確保了噴灑效果的持續(xù)性和穩(wěn)定性，還有助于延長設(shè)備的使用壽命，減少維護(hù)成本[5]。

3.4 數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析系統(tǒng)

傳感器能夠捕捉到巷道環(huán)境中的各種關(guān)鍵參數(shù)，如煤塵濃度、風(fēng)速、濕度等。采集到的數(shù)據(jù)會實(shí)時(shí)通過穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中央控制室，系統(tǒng)內(nèi)部會自動(dòng)應(yīng)用智能算法等對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有一定保證。而后，結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整，對于可能存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)會自動(dòng)在顯示屏上預(yù)警，促使操作人員采取防范措施。針對煤塵的擴(kuò)散趨勢等，系統(tǒng)有一個(gè)全面的把控，能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)存在的異常情況，促使操作人員解決問題。一旦系統(tǒng)檢測到任何異常，如煤塵濃度超標(biāo)或風(fēng)速異常等，它會立即觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，通過聲音、光線或電子通知等方式向操作人員發(fā)送預(yù)警信息。即時(shí)的預(yù)警系統(tǒng)為操作人員提供了寶貴的反應(yīng)時(shí)間，使他們能夠迅速采取措施，防止情況惡化。此外，在可視化顯示方面，我們投入了大量研發(fā)資源，開發(fā)了一套直觀且用戶友好的數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)?fù)雜的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為易于理解的圖表和圖像，如煤塵濃度熱力圖、風(fēng)速實(shí)時(shí)曲線等。通過可視化工具，操作人員可以一目了然地掌握巷道的工作狀態(tài)，從而做出更加明智的決策，增強(qiáng)了系統(tǒng)的易用性。

4" "結(jié)束語

在煤礦巷道水霧除塵設(shè)備中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用無疑為提升設(shè)備性能、優(yōu)化除塵效果、降低能耗以及增強(qiáng)安全性等方面帶來了顯著的改進(jìn)。通過引入先進(jìn)的傳感器技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測巷道環(huán)境參數(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測煤塵擴(kuò)散趨勢，實(shí)現(xiàn)對水霧噴灑智能化的控制，不僅提高了除塵效率，還有效節(jié)約了水資源，降低了運(yùn)營成本。

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作者簡介：胡世奇（1996-），男，漢族，河北臨城人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)閿?shù)學(xué)建模與AI模型在煤礦智能化中的應(yīng)用。

趙夢豪（1998-），男，漢族，新疆人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)榈V山機(jī)電。