基于無線技術(shù)應(yīng)用的綜采面噴霧降塵系統(tǒng)

摘 要：文章主要介紹了一種基于無線技術(shù)應(yīng)用的綜采面噴霧降塵系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)中的主要組成產(chǎn)品的硬件部分及工作原理。系統(tǒng)及系統(tǒng)中各產(chǎn)品通過煤礦安全認(rèn)證，并投入了使用。

關(guān)鍵詞：無線技術(shù)；綜采面噴霧降塵系統(tǒng)；傳感器

引言

隨著社會對塵肺病危害認(rèn)識不斷提高，綜采面采用自動噴霧降塵系統(tǒng)會受到煤礦青睞；市面上出現(xiàn)各種自動噴霧除塵系統(tǒng)，主要包括以下幾種：（1）半自動化炮采：在綜采面上掘幾個炮眼，埋上炸藥，點(diǎn)火，噴霧降塵裝置檢測聲控傳感器信號，開啟球閥進(jìn)行噴霧。只有一道水幕，噴霧降塵效果不好。（2）自動噴霧降塵系統(tǒng)：控制器通過RS485模式采集采煤機(jī)上紅外發(fā)射器信號、移架壓力傳感器信號或放煤傳感器信號，根據(jù)控制器中設(shè)定噴霧降塵規(guī)則進(jìn)行噴霧除塵。

現(xiàn)有的半自動化炮采，需要人工進(jìn)行采煤，工作量大，噴霧除塵效果差，現(xiàn)場工作人員容易出現(xiàn)塵肺病?，F(xiàn)有自動噴霧降塵系統(tǒng)，則能實(shí)現(xiàn)綜采面自動噴霧降塵效果，降低了工人的勞動強(qiáng)度[1][2]。但是整個系統(tǒng)中所有設(shè)備（控制器、各種壓力傳感器、電動球閥和執(zhí)行器）采用有線通信方式，施工布線復(fù)雜，維護(hù)比較麻煩。

本系統(tǒng)方案在于建立一套將綜采面沿線上控制器、執(zhí)行器（內(nèi)置電動球閥）和各種壓力傳感器通過433MHz無線通信技術(shù)聯(lián)系起來的自動噴霧降塵系統(tǒng)。這樣不僅能實(shí)現(xiàn)自動噴霧降塵的效果，又能實(shí)現(xiàn)施工簡單，維護(hù)方便的效果。

1 系統(tǒng)介紹

通過安裝在采煤機(jī)礦用信號發(fā)送器和安裝在液壓支架上的礦用無線壓力傳感器，實(shí)時檢測采煤機(jī)、移架作業(yè)和放煤作業(yè)的位置，并在采煤機(jī)、移架和放煤作業(yè)的風(fēng)流下方自動順序開啟/關(guān)閉數(shù)道扇形強(qiáng)霧進(jìn)行高效除塵，系統(tǒng)主要工作部分采用無線技術(shù)傳輸，無需人員干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行，解決了采煤機(jī)原噴霧裝置降塵范圍小、效果不理想、工作面粉塵濃度高的技術(shù)難題，降低了工人勞動強(qiáng)度，有效防止塵肺病危害。

系統(tǒng)框圖如圖1所示，圖中所示：

（1）上位機(jī)地面部分：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、控制參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程控制、井下工作面信息顯示和數(shù)據(jù)存儲及查詢等功能。

（2）系統(tǒng)井下部分的主要設(shè)備有：礦用控制器、礦用執(zhí)行性、礦用無線壓力傳感器和礦用紅外發(fā)送器。

2 系統(tǒng)主要產(chǎn)品介紹

2.1 礦用控制器

礦用控制器可以顯示當(dāng)前隨機(jī)噴霧道數(shù)、當(dāng)前移架位置、當(dāng)前放煤位置和433M無線通信工作狀態(tài)；轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)控制指令和查詢指令，反饋綜采工作面執(zhí)行結(jié)果和工作狀態(tài)信息。其原理圖如圖2。

該產(chǎn)品可由AC127V/380V供電，通電電源電路部分輸出各模塊需要的電壓，433MHz電路是主要的無線傳輸部分，主要與礦用執(zhí)行器通信，輸入接口主要接收各傳感器的信號，例如粉塵傳感器；紅外接收電路主要是配置該產(chǎn)品的一些參數(shù)，RS485接口是與上位機(jī)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2.2 礦用執(zhí)行器

礦用執(zhí)行器具有采煤機(jī)跟蹤自動噴霧、移架自動噴霧和放煤自動噴霧等功能；具有檢測粉塵等環(huán)境參數(shù)的功能；其中的無線傳輸是整個系統(tǒng)的核心，控制執(zhí)行器也是系統(tǒng)的核心。

433MHz模塊負(fù)責(zé)與礦用控制器、礦用無線壓力傳感器通信及礦用執(zhí)行器進(jìn)行通信（在執(zhí)行器無法與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時，可通過其他的執(zhí)行器進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳），紅外接受器接口與礦用紅外發(fā)送器配合實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)定位，數(shù)據(jù)輸入接口負(fù)責(zé)接入相應(yīng)傳感器采集環(huán)境信息（如：粉塵、溫濕度傳感器等），另配有球閥接口，負(fù)責(zé)控制球閥。此外，產(chǎn)品可擴(kuò)展有線的RS485數(shù)據(jù)接口。

2.3 無線壓力傳感器

無線壓力傳感器結(jié)合礦用執(zhí)行器上的紅外接受器來對采煤機(jī)的位置實(shí)現(xiàn)定位。

如圖4所示，該產(chǎn)品通過13.56MHz頻率進(jìn)行無線設(shè)置參數(shù)，工作時由壓力采集元件及電路，將數(shù)據(jù)經(jīng)MCU處理，通過433MHz電路發(fā)出，其主要與礦用執(zhí)行器進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信。

2.4 礦用紅外發(fā)送器

礦用紅外發(fā)送器結(jié)合礦用執(zhí)行器上的紅外接受器來對采煤機(jī)的位置實(shí)現(xiàn)定位。其原理框圖如圖5。

該產(chǎn)品具有電源、工作狀態(tài)等指示功能；具有發(fā)射紅外信號提供采煤機(jī)定位功能。

3 結(jié)束語

經(jīng)實(shí)際測試，礦用執(zhí)行器的433MHz無線傳輸有效傳輸距離在70m，設(shè)置的礦用無線壓力傳感器的433MHz的有效傳輸距離是15m，這樣可保證礦用無線壓力傳感器和礦用執(zhí)行器之間，礦用執(zhí)行器與礦用控制器之間的可靠傳輸。當(dāng)然，在煤礦綜采面的復(fù)雜環(huán)境下，只是靠硬件來保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸是不行的，還需結(jié)合各個產(chǎn)品的無線協(xié)議來保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

參考文獻(xiàn)

[1]孫艷玲，劉煙臺，王德江.煤礦采掘引起粉塵污染與防治[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2002，21（4）：520-522.

[2]劉毅.綜采工作面粉塵運(yùn)動規(guī)律與高壓噴霧降塵技術(shù)的研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2005.

[3]程衛(wèi)民，聶文，周剛，等.煤礦高壓噴霧霧化粒度的降塵性能研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011（2）：185-189.

[4]朱建明.無線局域網(wǎng)安全——方法與技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009，8.

作者簡介：楊誠（1983-），男，江蘇常州人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)槊旱V井下有線/無線傳輸、信息的獲取和融合。

胡偉（1986-），男，江蘇常州人，?？?，助理工程師，主要研究方向?yàn)槊旱V井下傳感器數(shù)據(jù)采集、井下粉塵治理等。