本發明屬于礦山粉塵防治，尤其涉及一種礦用智能化噴撒泡沫降塵系統及方法，用于各類煤礦、金屬礦、隧道等場所的粉塵治理和爆炸預防，特別適用于礦山采掘工作面、皮帶運輸巷、集中運輸巷、輔助運輸巷、轉載點及隧道等地點粉塵災害的治理。

背景技術：

1、近年來，隨著礦山采掘機械化程度的不斷提高，礦井的開采方法和工藝向著高效化、集約化生產的方向發展，隨之礦井自然災害等問題亦愈發突顯，尤其表現在井底作業現場的粉塵污染問題上。礦井粉塵作為礦產生產加工過程中的必然產物，是導致礦井生產災害的主要原因之一，它也是危害井下工作人員生命安全和職業健康的重要因素，其自然災害性主要表現為具有爆炸危險性的粉塵在一定的條件下可能發生粉塵爆炸。其職業危害性主要表現為礦工長期在井底作業環境中吸入粉塵易致使塵肺病，據相關資料統計，礦工長期于高濃度粉塵污染的作業環境中作業，平均5～10年即可致塵肺病發生，如果粉塵中的二氧化硅含量為80～90％，1.5～2年即可致塵肺病發生，極難治愈。現階段礦井作業現場常用的除塵方式包括超前注水、干式或濕式除塵器抽塵凈化、掘進設備內外噴霧降塵、背負式泡沫降塵等，但是受到應用條件限制，單一使用一種防治措施很難改善作業現場粉塵治理效果。

2、中國專利(公開號：cn101251025a，公開日：2008年08月27日)公開了一種用于煤礦井下的泡沫除塵系統，主要由定量添加泵、發泡劑儲液罐、壓縮空氣管路、清水管路、發泡器和泡沫噴頭等部件組成，利用除塵地點現有的水管，由小流量定量添加泵把發泡劑添加至水管中，含有發泡劑的混合液體和壓縮空氣同時經過發泡器，產生大量泡沫，經過膠管輸送至泡沫噴頭，由泡沫噴頭將泡沫成傘狀噴出，覆蓋產塵點，該系統提供一種結構簡單，性能可靠，能連續工作，除塵效果較好的用于煤礦井下的泡沫除塵系統；但是該系統沒有對現場的粉塵濃度、火災、粉塵逸散產生及運移規律、透塵霧可視化展示等超前智能化感知能力，也沒有引入智能化控制技術來自動控制執行機構按需噴撒泡沫。

3、中國專利(公開號：cn110630315a，公開日：2019年12月31日)公開了一種智能礦用濕式降塵及應急減災裝置，包括檢測組件、中央控制系統、執行裝置，該發明通過安裝在巷道壁上的粉塵濃度及溫度傳感器將礦井內實時粉塵濃度和溫度情況反饋到中央控制系統，中央控制系統判斷粉塵濃度是否超過設定閾值并控制有軌小車進行噴霧除塵，若溫度高于設定閾值，同時加入防火防爆試劑，該裝置解決了在產塵區域執行自動化的動態除塵操作的問題；但是該裝置無法解決透塵霧可視化監測、粉塵高濃度逸散云團自追蹤及判識、泡沫噴撒立體空間矩形方陣智能化全覆蓋等難題，導致對不同應用場景的粉塵產生及運移規律沒有進行實時有效適用性降塵工藝適配，降塵效果不佳。

4、中國專利(公開號：cn116398133a，公開日：2023年07月07日)公開了一種掘進工作面擋塵裝置與配套除塵系統及使用方法，該發明設計了一種擋塵防爆透明門，能夠為工作人員提供前方可視的工況，但該透明門是不透風的密閉結構，在煤礦井下掘進工作面不允許使用無法透風的密閉封堵裝置來封堵掘進面迎頭，因為礦井通風是煤礦安全生產的基石，足夠的風量能為井下作業人員提供充足氧氣，從而保障生命安全、排出大量瓦斯及煤塵等有毒有害氣體、給工作面降溫和排濕等。該結構不僅瞬間在密閉空間讓瓦斯和煤塵積聚，掘進機截割齒剝離煤壁時產生的火花容易引起瓦斯及煤塵爆炸等災害，而且通風不暢容易引起礦工窒息而亡。同時，該專利闡明在掘進機非工作狀態下，可通過旋轉擋塵防爆透明門實現擋塵裝置的快速回收，使其平行于掘進工作面側面并可跟隨掘進機一同移動。此發明的弊端為：在掘進機兩側安裝門扇不僅增加了掘進機負荷，影響掘進機工作時的靈活性，掘進機司機在掘進的主體的一側所安裝的門扇還容易讓操作人員困在小范圍區域，在發生頂板垮落等災害時無法及時脫身。

5、因此，針對礦井粉塵產塵量大、通風量大易揚塵、粉塵粒徑小、親水性差、如煙逸散范圍廣、現有裝備噴撒范圍覆蓋面積小等特點無法智能化，導致降塵效果不好的難題，以及現有的門式封堵結構存在的缺陷，亟需開發一種更加安全、高效、智能的泡沫降塵系統及方法。

技術實現思路

1、針對現有技術存在的不足，本發明提供一種礦用智能化噴撒泡沫降塵系統及方法，以實現礦山開采過程中粉塵濃度、火災、粉塵逸散產生及運移規律、透塵霧可視化展示等超前智能感知，根據現場環境及當前作業狀態實時粉塵高濃度逸散云團自追蹤及判識，通過自身的防塵網狀結構攔截粉塵并自適應噴撒立體空間矩形方陣泡沫，達到塵源點及粉塵高濃度區域的全覆蓋，提高降塵效率及降低粉塵爆炸風險。

2、一種礦用智能化噴撒泡沫降塵系統，包括立體空間矩陣噴撒裝置，可移動地設置在礦體內部，提供多種樣式范圍的噴撒區域，以通過水霧或泡沫的形式降塵或滅火；

3、透霧攝像機，設置在立體空間矩陣噴撒裝置頂部，隨立體空間矩陣噴撒裝置移動，用于現場圖像的拍攝以及現場粉塵濃度逸散云團的捕捉，以獲取粉塵濃度大小及分布數據；

4、粉塵濃度傳感器，懸掛在礦體內部，用于監測現場粉塵濃度并將監測數據傳輸至控制系統；

5、火焰傳感器，用于檢測空氣中的煙霧和火焰來發現火源；

6、控制系統，粉塵濃度傳感器和火焰傳感器其中任一傳感器監測到的數據超過預設閾時對立體空間矩陣噴撒裝置發出工作指令進行降塵或滅火；同時，通過透霧攝像機獲取的粉塵濃度分布數據以及粉塵濃度傳感器獲取的粉塵濃度，獲知粉塵逸散的規律及粉塵高濃度散逸云團的位置，從而確定立體空間矩陣噴撒裝置需要噴撒的區域及噴撒強度。

7、所述立體空間矩陣噴撒裝置通過運輸機構沿掘進機的掘進方向布置，沿掘進方向移動。

8、所述立體空間矩陣噴撒裝置包括兩個相對設置的支撐框體，兩個相對設置的所述支撐框體上通過折頁機構安裝有可開合門扇裝置，可開合門扇裝置的外形與掘進巷道和掘進機相適配；支撐框體與可開合門扇裝置間設置有氣動支撐桿。

9、所述支撐框體上設置有滾輪，運輸機構通過滾輪與所述支撐框體連接；所述滾輪沿滾輪滑動槽中來回滾動，滾輪限定在滾輪滑動槽內，保證立體空間矩陣噴撒裝置無法翻轉或傾倒，同時限定滾輪在滾輪滑動槽內來回滾動。

10、所述滾輪滑動槽的兩端各設置有觸控開關，對滾輪的移動進行限位。

11、所述立體空間矩陣噴撒裝置的入口為可開合門扇裝置的入口，立體空間矩陣噴撒裝置的出口為設置在可開合門扇裝置上的噴嘴，所述噴嘴與開合門扇裝置的間設置有一一對應的控制閥，不同的控制閥的開啟能夠組成不同樣式范圍的噴撒區域；所述可開合門扇裝置上還設置有截塵網。

12、所述可開合門扇裝置內部為中空管道狀的泡沫供給管路系統，與發泡裝置相連接；可開合門扇裝置一側上開設有與泡沫供給管路系統相連通的進口，噴嘴設置在另一側與泡沫供給管路系統相連通。

13、所述礦用智能化噴撒泡沫降塵系統包括提供礦用抑塵劑的供料裝置，所述系統通過礦井供水管路向發泡裝置和供料裝置供水，通過礦井壓風管路向發泡裝置和供料裝置供氣，供料裝置將稀釋后礦用抑塵劑經計量后抽取礦用抑塵劑并泵送到發泡裝置內，與礦井供水管路向發泡裝置供水、礦井壓風管路向發泡裝置供氣三者混合后產生的高壓混合液體共同輸送給發泡裝置。

14、所述供料裝置包括自動加料裝置，自動加料裝置的入料口連接礦用抑塵劑，出料口通過料液稀釋箱體加料管路與料液稀釋箱體的加料口連接；礦井供水管路向料液稀釋箱體內補給清水；料液稀釋箱體通過礦用泡沫降塵裝置進液管路與礦用泡沫降塵裝置的入口端連接，與水霧噴嘴連接噴出水霧或與泡沫噴嘴連接噴出泡沫進行降塵或滅火；所述礦用泡沫降塵裝置可多檔位調節調控吸料量；礦用泡沫降塵裝置與礦井壓風管路的進風口相連接，獲得抽取料液的氣泵動力源。

15、一種礦用智能化噴撒泡沫降塵方法，采用上述的礦用智能化噴撒泡沫降塵系統，具體包括如下步驟：

16、粉塵濃度傳感器監測現場粉塵濃度、火焰傳感器檢測空氣中的煙霧和火焰來發現火源、透霧攝像機拍攝現場圖像及捕獲粉塵濃度逸散分布數據；

17、粉塵濃度傳感器、火焰傳感器、透霧攝像機將采集的信息傳遞至控制系統；

18、當火焰傳感器或粉塵濃度傳感器監測數據值大于預先設定的閾值時，開啟立體空間矩陣噴撒裝置進行噴撒降塵；

19、立體空間矩陣噴撒裝置噴撒區域和強度的確定：透霧攝像機對現場粉塵濃度逸散云團實時捕捉以獲取粉塵濃度分布數據并將其傳遞至控制系統，控制系統通過粉塵濃度分布數據和粉塵濃度傳感器采集的數據獲取粉塵云團的動態數據，獲知粉塵逸散的規律及粉塵高濃度散區域，從而確定立體空間矩陣噴撒裝置需要噴撒的區域及噴撒強度；

20、控制系統接收到的當粉塵濃度傳感器的粉塵濃度、透霧攝像機拍攝現場粉塵濃度逸散云團獲取的粉塵濃度大小、火焰傳感器利用感煙技術檢測空氣中的煙霧發現火源或火焰傳感器利用感溫技術探測到周圍溫度的降低到預先設定的閾值時，降塵或滅火結束。

21、本發明的有益效果是：

22、1.本發明設置了透霧攝像機，不僅能透過塵霧捕捉到現場實時作業畫面并回傳到井上上位機，同時還能對粉塵濃度逸散云團實時捕捉濃度大小及分布數據，將粉塵濃度分布數據和粉塵濃度傳感器采集的數據進行融合判斷，根據現場環境及當前作業狀態實時粉塵高濃度逸散云團自追蹤及判識，通過智能化控制形成自適應噴撒泡沫立體空間矩形方陣全覆蓋網來降塵；同時，在此基礎上，在礦用抑塵劑中加入滅火材料可在火災發生時起到滅火作用。

23、2.本發明設置了絞盤運輸機構，在停止采掘作業時，將立體空間矩陣噴撒裝置移動到遠離掘進巷道迎頭煤壁作業區域，同時還能像門扇一樣關閉緊靠巷道壁，不影響其他作業實施及人車的通行；當開始采掘作業需要降塵時，絞盤運輸機構將立體空間矩陣噴撒裝置運送到根據自設定噴射強度控制的噴撒距離和塵源逸散高濃度云團相匹配位置進行降塵作業。

24、3.本發明設置了立體空間矩陣噴撒裝置，該裝置在各個噴嘴沒有噴射的空間創造性的設置有截塵網，截塵網不僅能夠讓足夠的風量透過門扇進入到掘進面迎頭，而且能夠在附壁風筒吹出的高壓氣流下讓網和粉塵強烈發生碰撞起到物理降塵的作用。該裝置能夠在巷道內自由移動且門扇可開合，靈活多變的設計增強了其在礦井工作中的適用性。

25、本發明通過對粉塵高濃度逸散云團的自追蹤及判識實現對粉塵濃度區域的超前感知，智能化控制噴嘴噴撒泡沫的空間位置及強度，全覆蓋封禁粉塵，從源頭上滅塵，形成了“一礦一策，一時一方”的泡沫立體空間矩形方陣全覆蓋噴撒，能夠較好的提高降塵效率，當噴嘴全部開啟且泡沫發泡強度最大時，能夠形成類似厚厚實質“泡沫棉被體”，徹底覆蓋并將粉塵團全部清除。

26、4.本發明中設置的可開合門扇裝置現有技術中的密閉不透風門式結構的缺陷，門框及門扇組合體安置在兩幫的固定軌道上，在門扇打開時緊貼兩幫，對其他作業設備及人員沒有障礙，并且該礦用智能化噴撒泡沫降塵系統可以沿著軌道運移到工作面后方停機，只有在工作狀態才會運移到適當位置參與工作，這樣多變靈活方式增強了其在礦井工作的適用性。

27、5.本發明設置了礦用智能化噴撒泡沫降塵系統，該系統作為“智慧大腦”智能化控制泡沫的制造過程，通過控制系統對火焰傳感器、粉塵濃度傳感器、透霧攝像機的數據的采集，確定噴撒泡沫或水量的范圍和強度，同時通過開啟不同位置的多個數量的噴嘴所對應的電磁閥，形成在粉塵逸散的方向和范圍噴射不同形狀的空間網狀泡沫及水霧的結構，從而更容易捕獲粉塵；通過上述系統實現了自動化吸料、自動化混料、定量化抽取混合料液、遠程輸送混合料液、根據現場的粉塵濃度區域實際情況實時配制料液比，增強降塵效果。