CN104564124A - 一种矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于综采（放）工作面的矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统。由端头监控控制器、节点喷雾降尘控制器、采煤机红外发射传感器组成，其所述的节点喷雾降尘控制器包括节点传感器系统与控制器系统。节点传感器系统包括液压开关传感器、煤尘浓度传感器、行人光敏传感器及红外接收传感器。红外发射传感器发射扇面红外激光，扫过红外接收传感器获知采煤机工作位置，从而控制开启风流下方区域喷头进行喷雾降尘。液压开关传感器获知放煤点位置，控制开启喷头进行放煤降尘。控制器之间采用无线通讯，避免接线错误，检修简单。本发明的内部电路设计符合煤矿安全生产技术规范和要求，具有防爆、防尘、防水功能。

Description

一种矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统

技术领域

本发明涉及一种喷雾降尘控制系统，属于煤矿环保安全设施技术领域，特别是涉及一种矿用随采智能喷雾降尘控制系统。

背景技术

矿井粉尘作为煤炭生产加工过程中的必然产物，是煤矿五大自然灾害之一。它不仅引起职业病，危害职工身体健康，同时许多粉尘还具有爆炸性，严重威胁着矿井的安全生产。

在煤炭生产过程中，几乎所有的作业均可能产生粉尘。特别是高产、高效的机械化程度较高的采煤工艺，使井下作业点空气中的粉尘浓度达到很高的程度。从目前我国采煤工作面的产尘情况来看，根据测定，在没有使用防尘措施的情况下，综采工作面的粉尘浓度可达2500~3000mg/m3，而综放工作面粉尘情况则比一般的综采工作面更为严重，综放面内产尘量可达矿井总尘量的60%以上，采煤机割煤、移架和放煤等工序平行作业时，有些煤矿个别瞬时原始总粉尘浓度甚至高达8000~10000mg/m3，即使采取措施，多数工作面的粉尘情况依然相当恶劣，采煤机下风侧粉尘浓度最大可达1000mg/m3以上。上述这些粉尘浓度数据已远远超出国家标准的相关规定。

近年来，喷雾降尘技术的使用推广取得了较好的灭尘效果，改善了矿井工作环境。然而，在其使用过程中，通常采用人工操作，且喷雾地点较多，操作工序繁复，工作强度大，喷雾效果较差且对工人的安全带来潜在威胁。因此，综采(放)工作面喷雾降尘的自动化智能化已成为亟需。

针对以上问题，专利CN102235170A研究了一种采煤机尘源跟踪喷雾降尘机构。该专利在采煤机上设置光控发射传感器，通过感光方式控制控制器完成喷雾降尘动作，从而实现对采煤矿机风流向下方的区域实施自动联合喷雾，而藉以形成理想的水雾幕使采煤过程中的致尘源得以有效遏制。然而，该专利所述各控制器均采用有线连接，线路多，接线复杂，而工作面空间狭小狭长，线缆不易布置，易造成接线错误，检修复杂。另外，井下环境复杂，使用光控传感器易受各种矿灯干扰。而采煤机割煤、移架和放煤等过程中都将产生大量煤尘，需要研究完善的控制系统对其一一处理。

鉴于以上论述，为实现综采（放）工作面的智能化喷雾降尘，改善工作面环境，保证工作面安全，本发明人经过不断的研究，并经反复验证后，设计出适用于综采（放）工作面的矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统，可随采煤机动作过程中，在采煤机工作位置附近风流运动方向的下方区域自动喷雾降尘，形成理想的水雾幕以控制煤尘随风流扩散，并根据采煤机动作过程自动延时停止喷雾，有效抑制采煤过程中形成的煤尘，保障工人身体健康，改善工作面环境。

本发明目的还在于，提供一种在综放工作面放煤过程中，根据放煤点位置自动喷雾降尘，抑制放煤过程中产生的煤尘。

本发明的进一步的目的在于，提供一种可以实现无线通信及控制的智能喷雾降尘系统，并可对其工作状况进行监测。

本发明的更进一步的目的在于，提供一种具有防止淋湿井下工作人员功能的智能喷雾降尘系统。

本发明的主要目的通过以下技术方案实现的：矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统包括有端头监控控制器、若干节点喷雾降尘控制器、采煤机红外发射传感器、环网路由器及井上监视终端组成。所述的端头监控控制器与若干节点喷雾降尘控制器之间通过无线通讯方式完成控制信号及工作状态的数据交换。端头监控控制器通过矿井工业以太网将喷雾降尘控制器的工作状态传送到井上，通过环网路由器完成数据交换，并在井上监视终端实时显示。

所述的节点喷雾降尘控制器安装在各个液压支架上，主要由传感器系统和控制器系统组成。所述的传感器系统由红外接收传感器、煤尘浓度传感器、液压开关无线传感器及行人光敏传感器等组成。所述的控制器系统通过多个继电器控制电磁阀的开闭，从而控制各喷头的喷雾降尘工作。所述喷头由综采工作面喷头与综放工作面喷头组成。

所述的红外发射传感器安装在采煤机上，并可发射出形为扇面的红外激光，其扇面竖直发射，且与采煤机行走方向垂直。

采煤机工作时，红外发射传感器发射扇面红外激光；采煤机行走过程中，该扇面扫过安装于液压支架的红外接收传感器，根据液压支架位置从而获取采煤机当前的行走位置；根据采煤机行走位置及风流方向控制风流运动方向的下方区域若干综采工作面喷头开启，形成水雾幕，进行喷雾降尘；采煤机通过后喷头延时关闭。

放煤作业时，尾梁千斤顶动作打开放煤口。通过液压开关传感器获取当前放煤点，并根据放煤点位置及风流方向控制综放工作面喷头开启，从而有限控制放煤作业所产生的煤尘。

另外，所有工作过程中，煤尘浓度传感器实时监控工作面的煤尘浓度，当煤尘浓度超标时，其所在位置喷头自动开启，控制煤尘扩散。

本发明的进一步目的通过以下技术方案实现：节点喷雾降尘控制器通过无线发送模块将采煤机的工作位置、当前的风流方向、煤尘传感器所采集的数据、该节点放煤工作的工作状态及综采（放）工作面喷头的工作状态等数据发送给端头监控控制器，端头监控控制器通过无线接收模块实时接收各节点数据并在显示屏上显示各节点的工作状态，计算并判断应开启哪些节点位置的喷头并通过无线发射模块将控制信号发送给各节点完成控制动作。

本发明的更进一步目的通过以下技术方案实现的：当工作人员处于某节点处，使用矿灯照射该节点处光敏传感器，延时一段时间，此时判断该节点处有工作人员，停止该节点喷头动作，防止淋湿井下工作人员。

本发明的所述的智能喷雾降尘控制系统为保证其在综采（放）工作面内作业安全，在设计与研制过程中按照煤矿本质安全型设备标准，均采用低耗能、防爆、防震、防潮性能的电气元件。

本发明矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统与现有技术相比，具有明显的优点与有益效果。借由上述技术方案，本发明矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统，可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛推广价值，其至少具有下列优点。

(1)   本发明矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统采用扇面红外发射传感器及红外接收传感器对采煤机工作位置进行定位，定位准确，可靠，简便，不会受到井下各种矿灯的干扰。

(2)   本发明所述喷雾降尘控制系统端头控制器与各节点控制器采用全无线连接，接线简便，安装维护方便。

(3)   本发明所述喷雾降尘控制系统不仅对综采工作面煤尘进行喷雾控制，对于放煤过程中产生的煤尘也加以控制，改善整个采煤工作面的煤尘环境。

(4)   本发明所述喷雾降尘控制系统可对工作面中工作人员的位置进行判断，从而防止淋湿工作人员。

(5)   本发明矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统，使用本安型电子元件，满足煤矿井下特殊环境对电气设备的要求，安全性能好。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1是本发明系统总体结构示意图。

图2是图1中节点喷雾降尘控制器结构示意图。

图3是节点控制器工作过程示意图。

图4是顺风采煤过程喷雾降尘工作示意图。

图5是逆风采煤过程喷雾降尘工作示意图。

 1：端头监控控制器                        2：节点喷雾降尘控制器

3：采煤机                                4：采煤机红外发射传感器

5：环网路由器                            6：井上监视终端

7：节点传感器系统                        8：节点控制器系统

71：液压开关无线传感器                   72：煤尘浓度传感器

73：行人光敏传感器                       74：红外接收传感器

81：节点微处理器                         82：节点显示屏

83：电磁阀。

具体实施方式

为进一步阐述发明为达成发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图示的较佳实例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

本发明较佳实施例的矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统，结构如图1所示，由端头监控控制器（1）、若干节点喷雾降尘控制器（2）、采煤机（3）、采煤机红外发射传感器（4）、环网路由器（5）和井上监视终端（6）组成。其中节点喷雾降尘控制器（2）由节点传感器系统（7）和节点控制器系统（8）组成。

节点喷雾降尘控制器（2）通过无线发送模块将节点传感器系统（7）所采集的数据及综采（放）工作面喷头的工作状态等数据发送给端头监控控制器（1），端头监控控制器（1）通过无线接收模块实时接收各节点数据并在显示屏上显示各节点的工作状态，计算并判断应开启哪些节点位置的喷头并通过无线发射模块将控制信号发送给各节点的节点控制器系统（8）完成控制动作。端头监控控制器（1）与矿井环网连接，井上监视终端（6）通过环网路由器（5）从矿井环网取得监控数据，实时显示采煤机位置及各节点工作状态。

如图2所示，节点喷雾降尘控制器（2）结构由节点传感器系统（7）和节点控制器系统（8）组成。节点传感器系统（7）由液压开关无线传感器（71）、煤尘浓度传感器（72）、行人光敏传感器（73）和红外接收传感器（74）组成；节点控制器系统（8）由节点微处理器（81）、节点显示屏（82）和电磁阀（83）组成。其中液压开关无线传感器（71）、煤尘浓度传感器（72）、行人光敏传感器（73）与微处理器（81）之间通过无线收发模块进行通讯，红外接收传感器（74）与微处理器（81）之间通过串口进行通讯。节点传感器系统（7）采集当前的综采（放）工作面的工作状态参数，通过无线或有线方式传递给微处理器（81），微处理器（81）通过无线与端头监控控制器（1）通讯，获取控制命令，并控制电磁阀（83）打开或关闭，从而完成控制动作。

如图3所示，综采作业时，采煤机红外发射传感器（4）可发射扇面红外激光，该扇面竖直发射，且与采煤机行走方向垂直。采煤机行走过程中，扇面扫过节点传感器系统（7）的红外接收传感器（74），确定当前采煤机走过几号液压支架，从而获取当前采煤机工作位置。此时端头监控控制器（1）根据采煤机行走位置及风流方向控制风流的下方区域若干节点喷雾降尘控制器（2）开启综采工作面喷头，控制综采煤尘。综放作业时，尾梁千斤顶动作打开放煤口。通过液压开关无线传感器（71）确定当前放煤点，端头监控控制器（1）根据放煤点位置及风流方向控制若干节点喷雾降尘控制器（2）开启综放工作面喷头，控制综放煤尘。

本系统的工作过程：系统开机后进行自动检测，完成端头控制器与各节点控制器之间的通讯初始化及显示屏的初始化。自检成功后显示成功信号，开始综采（放）作业。综采作业时，参照图4与图5，可分为顺风采煤与逆风采煤。顺风采煤时采煤机行走方向与风流方向相同。采煤机上电后，红外发射传感器发射竖直且与采煤机行走方向垂直的扇面红外激光，随采煤机运动过程，不断扫过安装于各个液压支架上的红外接收传感器。红外接收传感器通过串口将采集数据传送给节点传感器，节点传感器与端头控制器通过无线进行数据交换。端头传感器根据节点传感器反馈的数据判断采煤机的工作位置，同时向采煤机行走方向前方的若干节点控制器发送控制信号，在采煤机前方形成水雾幕，进行喷雾降尘。采煤机通过后，喷头延时关闭。逆风采煤时，采煤机行走方向与风流方向相反。判断采煤机工作位置后，向采煤机行走方向后发的若干节点控制器发送控制信号，开启综采工作面喷头，进行喷雾降尘。

综放作业时，工人控制尾梁千斤顶动作打开放煤口。尾梁千斤顶电控系统中安装液压开关传感器，根据传感器信号获知当前打开哪些液压支架的放煤口从而确定放煤点。端头控制器根据放煤点位置控制节点控制器开启放煤点位置的综放工作面喷头，控制放煤过程中产生的煤尘。

当工作人员走过喷雾区域，使用矿灯照射该节点处光敏传感器，延时一段时间，此时光敏传感器返回数据信号，可以判断该节点处有工作人员，停止该节点及附近节点喷头动作，防止淋湿井下工作人员。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种矿用随采无线智能喷雾降尘控制系统，其特征包括有端头监控控制器、若干节点喷雾降尘控制器、采煤机红外发射传感器、环网路由器及井上监视终端组成：所述的端头监控控制器与若干节点喷雾降尘控制器之间通过无线通讯方式完成控制信号及工作状态的数据交换；端头监控控制器通过矿井工业以太网将喷雾降尘控制器的工作状态传送到井上，通过环网路由器完成数据交换，并在井上监视终端实时显示。

2.如权利要求1所述的节点喷雾降尘控制器，其特征在于由传感器系统和控制器系统组成，并分布安装于各个液压支架上：所述的传感器系统由红外接收传感器、煤尘浓度传感器、液压开关无线传感器及行人光敏传感器等组成，采集综采工作面工况信息；所述的控制器系统通过多个继电器控制电磁阀的开闭，从而控制各喷头的喷雾降尘工作；所述喷头由综采工作面喷头与综放工作面喷头组成。

3.如权利要求1所述的采煤机红外发射传感器，其特征在于安装在采煤机上，并可发射出形为扇面的红外激光，其扇面竖直发射，且与采煤机行走方向垂直；采煤机运行过程中，红外发射传感器发射扇面激光，扫过安装于液压支架的红外接收传感器，根据液压支架位置获取采煤机当前的行走位置；根据采煤机行走位置及风流方向控制风流运动方向的下方区域若干综采工作面喷头开启，形成水雾幕，进行喷雾降尘，采煤机通过后喷头延时关闭。

4.如权利要求2所述的行人光敏传感器，其特征在于所述的传感器为本质安全型光敏传感器：当工作人员处于某节点处，使用矿灯照射该节点处光敏传感器，延时一段时间，此时判断该节点处有工作人员，停止该节点喷头动作，防止淋湿井下工作人员。