CN112696825A - 一种矿井井口防护装置 - Google Patents

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申文迈
丁明磊
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Abstract

本发明公开一种矿井井口防护装置。本发明提供的矿井井口防护装置包括在矿井井口处设置的井口房，井口房开设有进车口和出车口，进车口和出车口通过滑轨连接。井口房内设置有石墨烯加热器、温度传感器和控制器，石墨烯加热器、温度传感器均与控制器连接，控制器能够根据温度传感器输出的温度信号控制石墨烯加热器的工作状态，使井口房内的温度维持在2℃以上，从而确保煤矿安全生产的顺利进行。

Description

一种矿井井口防护装置
技术领域
本发明涉及采矿领域，特别是涉及一种矿井井口防护装置。
背景技术
在煤矿生产过程中，需要持续不断的向井下注入新鲜空气。当冬季气温低于0℃以下后，外部干冷的空气进入矿井进风口时，会与进风口内的湿热空气接触，从而造成结冰，使得进风口风道变窄，甚至堵塞，严重影响矿井正常通风，甚至造成停产事故。因此，为了保证安全生产的顺利进行，如何使矿井进风井口空气温度维持在2℃以上，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿井井口防护装置，能够使矿井井口处的温度维持在2℃以上，从而确保煤矿安全生产的顺利进行。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种矿井井口防护装置，所述防护装置包括在所述矿井井口处设置的井口房，所述井口房开设有进车口和出车口，所述进车口和出车口通过滑轨连接，在所述进车口处设置有进车感应门，在所述出车口处设置有出车感应门；
所述井口房内设置有石墨烯加热器、温度传感器和控制器，所述石墨烯加热器、所述温度传感器均与所述控制器连接，所述控制器用于根据所述温度传感器输出的温度信号控制所述石墨烯加热器，以使所述井口房内的温度维持在设定范围内。
可选的，所述石墨烯加热器包括：加热电源、挤塑板和石墨烯加热板，所述挤塑板贴合在所述井口房内壁上，所述石墨烯加热板位于所述挤塑板上，所述石墨烯加热板包括第一PVC板、第二PVC板和石墨烯涂层，所述第一PVC板和第二PVC板之间设置有蜂窝状的所述石墨烯涂层；所述挤塑板端部设置有电极片，所述电极片上设置有电源连接头，所述石墨烯涂层与所述电极片连接，所述加热电源与所述电源连接头连接。
可选的，所述加热电源包括供电电源和DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输入端与所述供电电源连接，所述DC/DC变换器的输出端与所述电源连接头连接。
可选的，所述控制器包括预测控制模块，所述DC/DC变换器与所述预测控制模块连接，所述预测控制模块用于根据所述温度传感器输出的温度信号，采用模型预测控制算法控制所述DC/DC变换器。
可选的，所述供电电源为太阳能电池，所述石墨烯加热板上铺设有换热管盘，所述换热盘管内填充有相变储热体。
可选的，所述井口房内还设置有湿度传感器和除湿器，所述湿度传感器和所述除湿器均与所述控制器连接，所述控制器用于根据所述湿度传感器输出的湿度信号控制所述除湿器的工作状态。
可选的，所述防护装置还包括声光报警器，所述声光报警器设于所述井口房外壁，且所述声光报警器与所述控制器连接，当所述湿度传感器输出的湿度信号大于湿度阈值，和/或，所述温度传感器输出的温度信号大于温度阈值时，所述控制器控制所述声光报警器发出报警信号。
可选的，所述防护装置还包括4G通信模块，所述4G通信模块分别与所述控制器和移动终端连接，当所述湿度传感器输出的湿度信号大于湿度阈值，和/或，所述温度传感器输出的温度信号大于温度阈值时，所述控制器通过所述4G通信模块向所述移动终端推送所述报警信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的矿井井口防护装置包括在矿井井口处设置的井口房，井口房开设有进车口和出车口，进车口和出车口通过滑轨连接；井口房内设置有石墨烯加热器、温度传感器和控制器，石墨烯加热器、温度传感器均与控制器连接，控制器能够根据温度传感器输出的温度信号控制石墨烯加热器的工作状态，使井口房内的温度维持在2℃以上，从而确保煤矿安全生产的顺利进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种矿井井口防护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种矿井井口防护装置，能够使矿井井口处的温度维持在2℃以上，从而确保煤矿安全生产的顺利进行。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种矿井井口防护装置的结构示意图。如图1所示，一种矿井井口防护装置，所述防护装置包括在所述矿井井口1处设置的井口房2，所述井口房2开设有进车口和出车口，所述进车口和出车口通过滑轨3连接，在所述进车口处设置有进车感应门21，在所述出车口处设置有出车感应门22。
所述井口房2内设置有石墨烯加热器4、温度传感器5和控制器(图中未显示)，所述石墨烯加热器4、所述温度传感器5均与所述控制器连接，所述控制器用于根据所述温度传感器5输出的温度信号控制所述石墨烯加热器4，以使所述井口房2内的温度维持在设定范围内。
本实施例中，所述石墨烯加热器4包括：加热电源、挤塑板和石墨烯加热板，所述挤塑板贴合在所述井口房2的内壁上，所述石墨烯加热板位于所述挤塑板上，所述石墨烯加热板包括第一PVC板、第二PVC板和石墨烯涂层，所述第一PVC板和第二PVC板之间设置有蜂窝状的所述石墨烯涂层。所述挤塑板端部设置有电极片，所述电极片上设置有电源连接头，所述石墨烯涂层与所述电极片连接，所述加热电源与所述电源连接头连接。
进一步地，所述加热电源包括供电电源和DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输入端与所述供电电源连接，所述DC/DC变换器的输出端与所述电源连接头连接。
作为一种优选方式，所述控制器包括预测控制模块，所述DC/DC变换器与所述预测控制模块连接，所述预测控制模块用于根据所述温度传感器输出的温度信号，采用模型预测控制算法控制所述DC/DC变换器，具体包括：
获取温度传感器输出的第k个采样周期的实测温度信号和预设温度信号。
根据所述实测温度信号和预设温度信号确定温度差值信号。
根据所述温度差值信号，采用离散PID控制器确定第k个采样周期的参考电压信号。
获取DC/DC变换器中储能电感的离散电流信号和DC/DC变换器输出电压的离散电压信号，所述离散电流信号是对所述DC/DC变换器中储能电感的电流以设定的采样周期进行采样后获得的离散电流，所述离散电压信号是对所述DC/DC变换器的输出电压以所述采样周期进行采样后获得的离散电压。
根据第k个采样周期的离散电压信号与第k个采样周期给定的参考电压信号确定第k个采样周期的电压误差信号和第k个采样周期的误差增量信号，其中，所述第k个采样周期的误差增量信号为第k个采样周期的电压误差信号与第k-1个采样周期的电压误差信号的差值，第0个采样周期的电压误差信号为0。
根据所述第k个采样周期的电压误差信号隶属的一维云模型和所述第k个采样周期的误差增量信号隶属的一维云模型，确定第k个采样周期的参考电流增量隶属的一维云模型。
根据所述参考电流增量隶属的一维云模型的数字特征确定第k个采样周期的参考电流增量。本实施例中，在电压误差e(k)和电压误差增量ec(k)的论域内分别定义两个一维云模型集合E＝[E1，E2，...E7]和EC＝[EC1，EC2，...EC7]。其中E1，E7，EC1和EC7是半梯形云模型，其余的是正态云模型。然后定义E和EC的定性概念集合为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，并用(ExEi，EnEi，HeEi)，(ExECj，EnECj，HeECj)分别表示云模型Ei，ECj(i，j＝1，2...7)的三个数字特征即：期望(Ex)，熵(En)，超熵(He)，具体数值定义见表1。在定义了E和EC以后，分别计算出e(k)和ec(k)对应于E和EC中所有一维云模型的隶属度，然后根据最大隶属度原则，找出e(k)和ec(k)对应的最大隶属度，从而判定出e(k)和ec(k)所隶属的一维云模型Ei和ECj。
根据第k-1个采样周期的参考电流和所述第k个采样周期的参考电流增量确定第k个采样周期的参考电流，其中，第0个采样周期的参考电流为0。
根据模型预测控制模型、所述第k个采样周期的离散电压信号、第k个采样周期的离散电流信号、所述第k个采样周期的参考电流和第k-1个采样周期的控制量确定第k个采样周期的控制量，其中，第0个采样周期的控制量为0。
根据所述第k个采样周期的控制量生成占空比与所述控制量对应的PWM脉冲。
根据所述PWM脉冲控制所述DC/DC变换器中的功率开关的开通与关断。
表1 e(k)和ec(k)的一维云模型集合数字特征
Figure BSA0000192811700000051
Figure BSA0000192811700000061
为了减少对不可再生能源的消耗，本实施例中的供电电源为太阳能电池，所述石墨烯加热板上铺设有换热管盘，所述换热盘管内填充有相变储热体。当太阳光照充足时，通过相变储热体储存热量，当井口房温度下降时，相变储热体可通过发生相变放出热量，对井口房进行加热。
作为一种优选方式，所述井口房2内还设置有湿度传感器和除湿器，所述湿度传感器和所述除湿器均与所述控制器连接，所述控制器用于根据所述湿度传感器输出的湿度信号控制所述除湿器的工作状态，使井口房2内的空空气满足湿度要求。
实际应用中，还可根据实际需要增设报警装置。本实施例中，所述报警装置为声光报警器，所述声光报警器设于所述井口房外壁，且所述声光报警器与所述控制器连接，当所述湿度传感器输出的湿度信号大于湿度阈值，和/或，所述温度传感器输出的温度信号大于温度阈值时，所述控制器控制所述声光报警器发出报警信号。
进一步地，本实施例还设置有4G通信模块，所述4G通信模块分别与所述控制器和移动终端连接，当所述湿度传感器输出的湿度信号大于湿度阈值，和/或，所述温度传感器输出的温度信号大于温度阈值时，所述控制器通过所述4G通信模块向所述移动终端推送所述报警信号，以便相关工作人员能够及时查看并处理。
本发明提供的矿井井口防护装置，控制器根据温度传感器和湿度传感器实时采集的温湿度信号控制石墨烯加热器和除湿器进行工作，使井口房内的空气温湿度满足要求。同时，采用太阳能电池作为供电电源，并利用相变储热体储存太阳能。当太阳光照充足时，通过相变储热体储存热量，当井口房温度下降时，相变储热体可通过发生相变放出热量，对井口房进行加热。这样，即可保证煤矿安全生产的顺利进行，还可有效节约可再生能源的消耗量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种矿井井口防护装置，其特征在于，所述防护装置包括在所述矿井井口处设置的井口房，所述井口房开设有进车口和出车口，所述进车口和出车口通过滑轨连接，在所述进车口处设置有进车感应门，在所述出车口处设置有出车感应门；
所述井口房内设置有石墨烯加热器、温度传感器和控制器，所述石墨烯加热器、所述温度传感器均与所述控制器连接，所述控制器用于根据所述温度传感器输出的温度信号控制所述石墨烯加热器，以使所述井口房内的温度维持在设定范围内。
2.根据权利要求1所述的防护装置，其特征在于，所述石墨烯加热器包括：加热电源、挤塑板和石墨烯加热板，所述挤塑板贴合在所述井口房内壁上，所述石墨烯加热板位于所述挤塑板上，所述石墨烯加热板包括第一PVC板、第二PVC板和石墨烯涂层，所述第一PVC板和第二PVC板之间设置有蜂窝状的所述石墨烯涂层；所述挤塑板端部设置有电极片，所述电极片上设置有电源连接头，所述石墨烯涂层与所述电极片连接，所述加热电源与所述电源连接头连接。
3.根据权利要求2所述的防护装置，其特征在于，所述加热电源包括供电电源和DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输入端与所述供电电源连接，所述DC/DC变换器的输出端与所述电源连接头连接。
4.根据权利要求3所述的防护装置，其特征在于，所述控制器包括预测控制模块，所述DC/DC变换器与所述预测控制模块连接，所述预测控制模块用于根据所述温度传感器输出的温度信号，采用模型预测控制算法控制所述DC/DC变换器。
5.根据权利要求3所述的防护装置，其特征在于，所述供电电源为太阳能电池，所述石墨烯加热板上铺设有换热管盘，所述换热盘管内填充有相变储热体。
6.根据权利要求1所述的防护装置，其特征在于，所述井口房内还设置有湿度传感器和除湿器，所述湿度传感器和所述除湿器均与所述控制器连接，所述控制器用于根据所述湿度传感器输出的湿度信号控制所述除湿器的工作状态。
7.根据权利要求6所述的防护装置，其特征在于，所述防护装置还包括声光报警器，所述声光报警器设于所述井口房外壁，且所述声光报警器与所述控制器连接，当所述湿度传感器输出的湿度信号大于湿度阈值，和/或，所述温度传感器输出的温度信号大于温度阈值时，所述控制器控制所述声光报警器发出报警信号。
8.根据权利要求7所述的防护装置，其特征在于，所述防护装置还包括4G通信模块，所述4G通信模块分别与所述控制器和移动终端连接，当所述湿度传感器输出的湿度信号大于湿度阈值，和/或，所述温度传感器输出的温度信号大于温度阈值时，所述控制器通过所述4G通信模块向所述移动终端推送所述报警信号。
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