CN205194323U - 采煤工作面主动抑噪控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采煤工作面主动抑噪控制系统，包括进风巷噪声采集及次级声源输出装置、工作面噪声采集及次级声源输出装置、回风巷噪声采集及次级声源输出装置、主控制器，进风巷噪声采集及次级声源输出装置、工作面噪声采集及次级声源输出装置、回风巷噪声采集及次级声源输出装置的信号输出端均与主控制器相连。本实用新型在不同噪声源处分别布置噪声采集及次级声源输出装置，将不同的噪声源进行分类采集处理后输入到主控制器中，中央处理器根据不同信号的特点产生不同的次级声源数字信号，再将次级声源数字信号传送到各个噪声源处，通过次级声源产生器发出与噪声源同频率、同幅值、反相位的次级声波来与噪声相抵消，最终达到降噪目的。

Description

采煤工作面主动抑噪控制系统

技术领域

本实用新型涉及煤矿噪声治理领域，特别涉及一种采煤工作面主动抑噪控制系统。

背景技术

噪声是污染矿山环境的严重公害，也是危害矿井安全生产的重要因素之一。在煤矿井下的采煤工作面区域，进风巷道的运料绞车及矿车、主工作面上的采煤机以及回风巷道里的运煤传输皮带等都产生了很大的噪声，这些噪声具有强度大、声级高等特点，加上煤矿井下作业空间狭窄、封闭，使得声波难以分散。这样更加严重影响了煤矿工人的身心健康，还可使井下工人反应迟钝、工作积极性下降、不易观察事故预兆、忽略或难以接收和传递井下各种灾害信号，增加了发生事故的可能性。因此对采煤工作面的降噪研究具有很大的意义。

降噪及除噪技术按照处理方法的不同主要分为两大技术类别，即被动噪声控制技术（也称无源消声技术）和主动噪声控制技术（也称有源消声技术）。传统的被动噪声控制主要是采用吸声、隔声、使用消声器等声学方法进行降噪。这种方式对中、高频噪声（500Hz以上）比较有效，而对低频噪声（500Hz以下）的降噪效果不理想，因矿井内噪声主要集中在低频段，这种控制技术显然是不适用于煤矿井下降噪的，此外，井下工作的采煤机、矿车、刮板运输机、运煤皮带等主要产生噪声的机械设备工作时都是运动的，无法采用被动的隔离噪声控制。而主动噪声控制技术则基于声波干涉原理，通过噪声控制系统产生一个与噪声频率、幅值相同、相位相反的次级声波，使该声波与噪声源声波在空间叠加相抵消，达到一定的降噪效果。与传统的被动噪声控制技术相比，主动噪声控制技术更适用于采煤工作面的噪声控制处理，更加经济、方便，且达到更好的降噪效果。

目前，出现了一些用于煤矿井下主动抑噪控制系统的发明专利，公开了煤矿井下应用主动控制技术降低噪声的方法。比如，中国发明专利CN101930731B公开了一种矿用多波自适应主动噪声控制系统，采用了多波、提高控制器的收敛速度、隔爆外壳等方面的设计对消除矿井的噪声污染提出了一定的解决方案。但是，目前对于主动抑噪控制系统在采煤工作面具体如何布置以达到更好的降噪效果还处于相对空白区域。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、降噪效果好、使用寿命长的采煤工作面主动抑噪控制系统。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种采煤工作面主动抑噪控制系统，包括进风巷噪声采集及次级声源输出装置、工作面噪声采集及次级声源输出装置、回风巷噪声采集及次级声源输出装置、主控制器，所述进风巷噪声采集及次级声源输出装置安装在进风巷里，工作面噪声采集及次级声源输出装置安装在采煤机上，回风巷噪声采集及次级声源输出装置安装在回风巷的巷壁上，进风巷噪声采集及次级声源输出装置、工作面噪声采集及次级声源输出装置、回风巷噪声采集及次级声源输出装置的信号输出端均与主控制器相连，主控制器分别与进风巷噪声采集及次级声源输出装置、工作面噪声采集及次级声源输出装置、回风巷噪声采集及次级声源输出装置相连。

上述采煤工作面主动抑噪控制系统中，所述进风巷噪声采集及次级声源输出装置包括第一噪声采集器、第一A/D转换器、第一次级噪声产生器和第一D/A转换器，所述第一噪声采集器的信号输出端与第一A/D转换器的输入端相连，第一A/D转换器的输出端与主控制器相连，主控制器与第一D/A转换器的输入端相连，第一D/A转换器的输出端与第一次级噪声产生器相连。

上述采煤工作面主动抑噪控制系统中，所述工作面噪声采集及次级声源输出装置包括第二噪声采集器、第二A/D转换器、第二次级噪声产生器、第二D/A转换器和上下旋转杆，所述第二噪声采集器安装在采煤机上，第二噪声采集器的信号输出端与第二A/D转换器的输入端相连，第二A/D转换器的输出端与主控制器相连，主控制器与第二D/A转换器的输入端相连，第二D/A转换器的输出端与第二次级噪声产生器相连，所述第二次级噪声产生器通过上下旋转杆连接在采煤机上。

上述采煤工作面主动抑噪控制系统中，所述第二噪声采集器和第二次级噪声产生器的上方设有防损护罩。

上述采煤工作面主动抑噪控制系统中，所述回风巷噪声采集及次级声源输出装置包括第三噪声采集器、第三A/D转换器、第三次级噪声产生器、第三D/A转换器和左右旋转杆，所述第三噪声采集器的信号输出端与第三A/D转换器的输入端相连，第三A/D转换器的输出端与主控制器相连，主控制器与第三D/A转换器的输入端相连，第三D/A转换器的输出端与第三次级噪声产生器相连，所述第三次级噪声产生器通过左右旋转杆连接在巷壁上，左右旋转杆与主控制器相连。

上述采煤工作面主动抑噪控制系统中，所述第三噪声采集器和第三次级噪声产生器的前方设有第一喷雾降尘器。

上述采煤工作面主动抑噪控制系统中，所述回风巷噪声采集及次级声源输出装置的数量为多个，多个风巷噪声采集及次级声源输出装置均匀布设在回风巷的巷壁上。

上述采煤工作面主动抑噪控制系统中，所述主控制器包括置于进风巷的中央处理器，中央处理器具有三个输入端和三个输出端，中央处理器的三个输入端分别输入进风巷噪声采集数字信号、工作面噪声采集数字信号、回风巷噪声采集数字信号，中央处理器的三个输出端分别输出进风巷次级噪声数字信号、工作面次级噪声数字信号、回风巷次级噪声数字信号。

上述采煤工作面主动抑噪控制系统中，所述主控制器还包括行人定位感应器，行人定位感应器与中央处理器相连，中央处理器与左右旋转杆相连。

上述采煤工作面主动抑噪控制系统中，所有的A/D转换器均布置在与其相对应的噪声采集器处，所有的D/A转换器均布置在与其相对应的次级声源发生器处。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型针对进风巷、采煤工作面、回风巷的主要噪声源，在不同噪声源处分别布置噪声采集及次级声源输出装置，将不同的噪声源进行分类采集处理，在不同噪声源处采集到的声音信号经过A/D转换器转换成数字信号后输入到主控制器的中央处理器，中央处理器根据不同信号的特点产生不同的次级声源数字信号，再将次级声源数字信号传送到各个噪声源处，通过D/A转换器将数字信号又转换为声音信号，通过次级声源产生器发出与噪声源同频率、同幅值、反相位的次级声波来与噪声相抵消，最终达到降噪目的。

2、本实用新型的工作面噪声采集及次级声源输出装置中，采用上下旋转杆将第二次级噪声产生器与采煤机相连，可旋转的第二次级噪声产生器可以根据采煤机上下滚筒来回切换的工序，实时将次级噪声输出到采煤机的上滚筒和下滚筒处，这样就不会因为采煤机的移动而影响噪声的采集能力和降低次级噪声抵消噪声的效果，且一个次级噪声产生器的设计也更加经济方便，减少了使用空间。

3、本实用新型在工作面噪声采集及次级声源输出装置的第二次级噪声产生器和第二噪声采集器上加装防损护罩，能够防止切割的煤块掉落下来损坏装在采煤机上的装置，其防尘由采煤机滚筒本身具有的喷雾系统作用，延长了装置使用寿命。

4、本实用新型的回风巷噪声采集及次级声源输出装置中，第三次级噪声产生器使用左右旋转杆连接巷壁，可左右旋转的次级噪声产生器能够根据主控制器回的风巷行人定位感应器感应到的回风巷行人路径适时调节旋转角度，使得次级噪声最大范围地传输到回风巷道中行人周围，提高降噪效果，减少使用次级噪声产生器。

5、本实用新型在回风巷噪声采集及次级声源输出装置中的第三噪声采集器和第三次级噪声产生器前方装有喷雾除尘器，能够减少粉尘在装置上的累积，延长装置使用寿命。

6、本实用新型回风巷噪声采集及次级声源输出装置的数量为多个，多个风巷噪声采集及次级声源输出装置均匀布设在回风巷的巷壁上，提高了降噪效果，并且可以根据实际情况对噪声源的波长、频率进行分析计算后得出回风巷噪声采集及次级声源输出装置的布置数量，减少不必要的装置浪费。

7、本实用新型的主控制器放置在粉尘较少的进风巷道处，减少了粉尘的干扰，提高了工作效率，延长了使用期限，主控制器采用多输入、多输出的设计，对多种信号进行分类处理，有效地克服了同一控制平台处理多种信号时易混淆的缺陷。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图。

图2为图1中进风巷噪声采集及次级声源输出装置的电路图。

图3为图1中工作面噪声采集及次级声源输出装置的电路图。

图4为图1中回风巷噪声采集及次级声源输出装置的电路图。

图5为图1中主控制器的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括进风巷噪声采集及次级声源输出装置1、工作面噪声采集及次级声源输出装置2、回风巷噪声采集及次级声源输出装置3、主控制器5，所述进风巷噪声采集及次级声源输出装置1安装在进风巷11里，工作面噪声采集及次级声源输出装置2安装在采煤工作面12的采煤机8上，回风巷噪声采集及次级声源输出装置3安装在回风巷13的巷壁上，进风巷噪声采集及次级声源输出装置1、工作面噪声采集及次级声源输出装置2、回风巷噪声采集及次级声源输出装置3的信号输出端均与主控制器5相连，主控制器5分别与进风巷噪声采集及次级声源输出装置1、工作面噪声采集及次级声源输出装置2、回风巷噪声采集及次级声源输出装置3相连。

如图2所示，所述进风巷噪声采集及次级声源输出装置1包括第一噪声采集器25、第一A/D转换器26、第一次级噪声产生器27和第一D/A转换器28，所述第一噪声采集器25的信号输出端与第一A/D转换器26的输入端相连，第一A/D转换器26的输出端与主控制器5相连，主控制器5与第一D/A转换器28的输入端相连，第一D/A转换器28的输出端与第一次级噪声产生器27相连。

如图3所示，所述工作面噪声采集及次级声源输出装置2包括第二噪声采集器10、第二A/D转换器30、第二次级噪声产生器11、第二D/A转换器14和上下旋转杆12，所述第二噪声采集器10安装在采煤机8上，第二噪声采集器10的信号输出端与第二A/D转换器30的输入端相连，第二A/D转换器30的输出端与主控制器5相连，主控制器5与第二D/A转换器14的输入端相连，第二D/A转换器14的输出端与第二次级噪声产生器11相连，所述第二次级噪声产生器11通过上下旋转杆12连接在采煤机8上，所述第二噪声采集器10和第二次级噪声产生器11的上方设有防损护罩13。

所述回风巷噪声采集及次级声源输出装置3的数量为2个，2个回风巷噪声采集及次级声源输出装置均匀布设在回风巷13的巷壁上。如图4所示，每个回风巷噪声采集及次级声源输出装置3均包括第三噪声采集器17、第三A/D转换器18、第三次级噪声产生器19、第三D/A转换器20和左右旋转杆29，所述第三噪声采集器17的信号输出端与第三A/D转换器18的输入端相连，第三A/D转换器18的输出端与主控制器5相连，主控制器5与第三D/A转换器20的输入端相连，第三D/A转换器20的输出端与第三次级噪声产生器19相连，所述第三次级噪声产生器19通过左右旋转杆29连接在巷壁上，左右旋转杆29与主控制器5相连，所述第三噪声采集器17和第三次级噪声产生器19的前方设有第一喷雾降尘器。

如图5所示，所述主控制器5包括置于进风巷11的中央处理器32和行人定位感应器38，中央处理器32具有三个输入端（进风巷噪声采集数字信号输入端31、工作面噪声采集数字信号输入端34、回风巷噪声采集数字信号输入端36）和三个输出端（进风巷次级噪声数字信号输出端33、工作面次级噪声数字信号输出端35、回风巷次级噪声数字信号输出端37），中央处理器32的三个输入端31、34、36分别输入进风巷噪声采集数字信号、工作面噪声采集数字信号、回风巷噪声采集数字信号，中央处理器32的三个输出端33、35、37分别输出进风巷次级噪声数字信号、工作面次级噪声数字信号、回风巷次级噪声数字信号。行人定位感应器38与中央处理器32相连，中央处理器32与左右旋转杆29相连。

由于声波在传播过程中会发生衰减，为了更精准地产生次级声源，将所有的A/D转换器均布置在与其相对应的噪声采集器处，所有的D/A转换器均布置在与其相对应的次级声源发生器处，以数字信号的形式在主控制平台和噪声源之间传递，有效地减少误差。

本实用新型的工作原理如下：

进风巷11噪声消除：运料绞车6及矿车7的噪声通过第一噪声采集器25识别采集，第一A/D转换器26将来自第一噪声采集器25的声音信号转换成数字信号，数字信号传送到主控制器5后，由进风巷噪声采集数字信号输入端31进入中央处理器32，经过中央处理器32处理后，产生对应的次级声源数字信号，再经由进风巷次级噪声数字信号输出端33将该次级声源数字信号传输回到进风巷噪声采集及次级声源输出装置1中的第一D/A转换器28中，经过第一D/A转换器28处理转变为与噪声源同频率、同幅值、反相位的声音信号后从第一次级噪声产生器27传入空气中与噪声源相抵消。

工作面12噪声消除：采煤机8上的上滚筒15、下滚筒16切割煤体的噪声通过第二噪声采集器10识别采集，第二A/D转换器30将来自第二噪声采集器10的声音信号转换成数字信号，数字信号传送到主控制器5后，由工作面噪声采集数字信号输入端34进入中央处理器32，经过中央处理器32处理后，产生对应的次级声源数字信号，再经由工作面次级噪声数字信号输出端35将该次级声源数字信号传输回到工作面噪声采集及次级声源输出装置2中的第二D/A转换器14中，经过第二D/A转换器14处理转变为与噪声源同频率、同幅值、反相位的声音信号后从第二次级噪声产生器11传入空气中与噪声源相抵消；可旋转的第二次级噪声产生器11可以根据采煤机8上下滚筒来回切换的工序，实时将次级噪声输出到采煤机8的上滚筒15和下滚筒16处。

回风巷13噪声消除：运煤皮带9的噪声通过第三噪声采集器17识别采集，第三A/D转换器18将来自第三噪声采集器17的声音信号转换成数字信号，数字信号传送到主控制器5后，由回风巷噪声采集数字信号输入端36进入中央处理器32，经过中央处理器32处理后，产生对应的次级声源数字信号，再经由回风巷次级噪声数字信号输出端37将该次级声源数字信号传输回到回风巷噪声采集及次级声源输出装置3中的第三D/A转换器20中，经过第三D/A转换器20处理转变为与噪声源同频率、同幅值、反相位的声音信号后从第三次级噪声产生器19传入空气中与噪声源相抵消。与此同时，主控制器5上的回风巷行人定位感应器38将回风巷行人定位信号传送到回风巷噪声采集及次级声源输出装置3中，通过左右旋转杆29来调整第三次级噪声产生器19的旋转角度，喷雾降尘器同时工作，防止回风巷13里的粉尘积落在回风巷噪声采集及次级声源输出装置3上。

Claims (10)

1.一种采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：包括进风巷噪声采集及次级声源输出装置、工作面噪声采集及次级声源输出装置、回风巷噪声采集及次级声源输出装置、主控制器，所述进风巷噪声采集及次级声源输出装置安装在进风巷里，工作面噪声采集及次级声源输出装置安装在采煤机上，回风巷噪声采集及次级声源输出装置安装在回风巷的巷壁上，进风巷噪声采集及次级声源输出装置、工作面噪声采集及次级声源输出装置、回风巷噪声采集及次级声源输出装置的信号输出端均与主控制器相连，主控制器分别与进风巷噪声采集及次级声源输出装置、工作面噪声采集及次级声源输出装置、回风巷噪声采集及次级声源输出装置相连。

2.根据权利要求1所述的采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：所述进风巷噪声采集及次级声源输出装置包括第一噪声采集器、第一A/D转换器、第一次级噪声产生器和第一D/A转换器，所述第一噪声采集器的信号输出端与第一A/D转换器的输入端相连，第一A/D转换器的输出端与主控制器相连，主控制器与第一D/A转换器的输入端相连，第一D/A转换器的输出端与第一次级噪声产生器相连。

3.根据权利要求2所述的采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：所述工作面噪声采集及次级声源输出装置包括第二噪声采集器、第二A/D转换器、第二次级噪声产生器、第二D/A转换器和上下旋转杆，所述第二噪声采集器安装在采煤机上，第二噪声采集器的信号输出端与第二A/D转换器的输入端相连，第二A/D转换器的输出端与主控制器相连，主控制器与第二D/A转换器的输入端相连，第二D/A转换器的输出端与第二次级噪声产生器相连，所述第二次级噪声产生器通过上下旋转杆连接在采煤机上。

4.根据权利要求3所述的采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：所述第二噪声采集器和第二次级噪声产生器的上方设有防损护罩。

5.根据权利要求3所述的采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：所述回风巷噪声采集及次级声源输出装置包括第三噪声采集器、第三A/D转换器、第三次级噪声产生器、第三D/A转换器和左右旋转杆，所述第三噪声采集器的信号输出端与第三A/D转换器的输入端相连，第三A/D转换器的输出端与主控制器相连，主控制器与第三D/A转换器的输入端相连，第三D/A转换器的输出端与第三次级噪声产生器相连，所述第三次级噪声产生器通过左右旋转杆连接在巷壁上，左右旋转杆与主控制器相连。

6.根据权利要求5所述的采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：所述第三噪声采集器和第三次级噪声产生器的前方设有第一喷雾降尘器。

7.根据权利要求6所述的采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：所述回风巷噪声采集及次级声源输出装置的数量为多个，多个风巷噪声采集及次级声源输出装置均匀布设在回风巷的巷壁上。

8.根据权利要求5所述的采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：所述主控制器包括置于进风巷的中央处理器，中央处理器具有三个输入端和三个输出端，中央处理器的三个输入端分别输入进风巷噪声采集数字信号、工作面噪声采集数字信号、回风巷噪声采集数字信号，中央处理器的三个输出端分别输出进风巷次级噪声数字信号、工作面次级噪声数字信号、回风巷次级噪声数字信号。

9.根据权利要求8所述的采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：所述主控制器还包括行人定位感应器，行人定位感应器与中央处理器相连，中央处理器与左右旋转杆相连。

10.根据权利要求5所述的采煤工作面主动抑噪控制系统，其特征在于：所有的A/D转换器均布置在与其相对应的噪声采集器处，所有的D/A转换器均布置在与其相对应的次级声源发生器处。