董天文

（內(nèi)蒙古昊盛煤業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017211）

1 引言

煤礦井下綜采面大部分實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，機(jī)械設(shè)備多，綜采面生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜。綜采面主要的產(chǎn)塵因素：一是采煤機(jī)滾筒割煤時(shí)，滾筒截割煤體產(chǎn)生的粉塵；二是工作面進(jìn)風(fēng)風(fēng)流夾雜進(jìn)來的粉塵和運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生的粉塵；三是液壓支架推移時(shí)產(chǎn)生的粉塵；四是放煤口放煤時(shí)產(chǎn)生的粉塵。尤其是工作面走向加長(zhǎng)后，為保證通風(fēng)，工作面配風(fēng)一般較大，且風(fēng)速較高，容易把工作面產(chǎn)生的積塵擴(kuò)散到整個(gè)礦井，造成粉塵污染。

現(xiàn)有的自動(dòng)降塵系統(tǒng)，井下各除塵相關(guān)傳感器一般都是通過光纜或信號(hào)電纜將信號(hào)傳輸給測(cè)控系統(tǒng)。存在的問題主要是布線和安裝都比較復(fù)雜，而且煤礦井下的復(fù)雜環(huán)境，濕度較大，溫度較高，電纜線在這種情況下很容易受到腐蝕，因此井下有線信號(hào)傳輸會(huì)受到嚴(yán)重的環(huán)境干擾，普遍的在精度、可靠性方面存在性能方面的缺點(diǎn)，同時(shí)復(fù)雜的布線也給檢修維護(hù)帶來了極大的不便。

無線通訊技術(shù)的發(fā)展為解決這一問題提供了思路。本文設(shè)計(jì)了一套礦井綜采面無線物聯(lián)網(wǎng)噴霧降塵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間無線連接、無線通訊、智能控制的自動(dòng)化噴霧系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)原理

礦井綜采面無線物聯(lián)網(wǎng)噴霧降塵系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)粉塵濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且與自動(dòng)噴霧控制聯(lián)動(dòng)，做到有效噴霧降塵。該系統(tǒng)會(huì)全部使用無線通訊技術(shù)，內(nèi)置電池，無需布線連接外接點(diǎn)電源。在現(xiàn)有綜采面基礎(chǔ)上以及無線通訊技術(shù)程序的情況下，無電源線連接，無控制線連接，無傳感器線的連接，只需連接好水路就可以完成設(shè)備安裝，節(jié)省安裝時(shí)間與線路維護(hù)檢修成本。本系統(tǒng)采用無線粉塵傳感器、無線位移傳感器、無線采煤機(jī)傳感器以及噴霧控制箱組成，如圖1所示。

礦井綜采面無線物聯(lián)網(wǎng)噴霧降塵系統(tǒng)工作原理如圖2所示。當(dāng)采煤機(jī)工作時(shí)，安裝在液壓支架上的噴霧控制箱接收到無線采煤機(jī)傳感器的無線指令時(shí)，噴霧控制箱打開前噴霧閥門進(jìn)行噴霧，同時(shí)其他液壓支架噴霧電控箱檢測(cè)不到無線采煤機(jī)傳感器的同時(shí)關(guān)閉其他支架上的噴霧電控箱。當(dāng)進(jìn)行放頂煤與移架操作時(shí)，安裝在操縱閥附近的無線位移傳感器會(huì)監(jiān)測(cè)到煤礦職工操縱手柄的動(dòng)作，發(fā)出無線信號(hào)給噴霧控制箱，無線噴霧控制箱會(huì)相應(yīng)地啟動(dòng)噴霧閥進(jìn)行降塵噴霧。

圖1 系統(tǒng)安裝位置示意圖

圖2 系統(tǒng)工作原理圖

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 wimax無線通訊技術(shù)

礦井綜采面無線物聯(lián)網(wǎng)噴霧降塵系統(tǒng)之間的無線通訊，應(yīng)用wimax無線通訊技術(shù)。WiMAX技術(shù)是以IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的寬帶無線接入技術(shù)，兩年來發(fā)展迅速，逐漸成為城域?qū)拵o線接入技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。

wimax技術(shù)成熟，運(yùn)用靈活，覆蓋面積廣，組網(wǎng)靈活，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，通訊穩(wěn)定，因此，可作為井下無線傳感器的無線通訊應(yīng)用技術(shù)。

3.2 無線傳感器技術(shù)

3.2.1 無線位移傳感器

無線位移傳感器使用無處理器為核心，穩(wěn)定性高，功耗低，配合噴霧控制箱使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴霧控制箱電控閥門的遠(yuǎn)程控制。同時(shí)無線位移傳感器運(yùn)用wimax無線通訊技術(shù)，通訊距離較遠(yuǎn)，發(fā)射靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，超低功耗，使用時(shí)間長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)安裝方便，內(nèi)置電池，無線信號(hào)發(fā)射，無需布線，減少維護(hù)檢修成本。

3.2.2 無線粉塵傳感器

無線粉塵傳感器，內(nèi)部電池供電，利用粉塵散射特定光線的強(qiáng)弱來計(jì)算粉塵濃度。計(jì)算出的粉塵質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出，信號(hào)傳送給噴霧控制箱，通過判斷粉塵濃度來實(shí)現(xiàn)噴霧降塵。

3.2.3 無線采煤機(jī)傳感器

傳感器采用內(nèi)置電池供電方式，無需外接電源和電纜。當(dāng)采煤機(jī)按著路線工作時(shí)，無線采煤機(jī)傳感器跟隨采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)液壓支架上噴霧控制箱的位置上，無線采煤機(jī)傳感器會(huì)聯(lián)通當(dāng)前支架上的無線采煤機(jī)傳感器，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)工作位置精準(zhǔn)噴霧降塵。

4 試驗(yàn)測(cè)試

為了驗(yàn)證礦井綜采面無線物聯(lián)網(wǎng)噴霧降塵系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性，在石拉烏素煤礦對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。首先安裝無線采煤機(jī)傳感器開關(guān)。由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)初衷就是為了便于安裝，無線采煤機(jī)傳感器直接固定在采煤機(jī)上，噴霧控制箱連接好水路固定在液壓支架上，無線位移傳感器安裝在移架操縱閥與放頂煤操縱閥附近。各設(shè)備均采用無線通訊，電源內(nèi)置，只需要固定好各設(shè)備，設(shè)備直接會(huì)互相識(shí)別進(jìn)行通訊。此次試驗(yàn)安裝兩組設(shè)備，來進(jìn)行功能測(cè)試。

由于該系統(tǒng)設(shè)備沒有任何電纜連接，試驗(yàn)測(cè)試無法實(shí)現(xiàn)全煤礦wimax信號(hào)覆蓋，這里只測(cè)試設(shè)備功能可靠性和穩(wěn)定性。在試驗(yàn)測(cè)試期間，采煤機(jī)工作，無線采煤機(jī)傳感器在A架移動(dòng)到B架時(shí)，前噴霧閥開始工作實(shí)現(xiàn)噴霧。在模擬移架操作與放頂煤操作時(shí)，無線位移傳感器捕捉到工人動(dòng)作，噴霧閥開始實(shí)現(xiàn)噴霧，在噴霧持續(xù)一段時(shí)間后，自動(dòng)停止噴霧。當(dāng)無線粉塵傳感器感受到粉塵濃度依舊較大，噴霧不停止繼續(xù)噴霧。試驗(yàn)測(cè)試過程如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)過程

5 效果分析及結(jié)論

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全無線自動(dòng)控制，設(shè)備配對(duì)簡(jiǎn)單，損壞更換方便，在煤礦現(xiàn)有高壓噴霧降塵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上可直接安裝使用。基于wimax無線通訊的通訊方式，可靠性高，耗能低，可有效保證降塵除塵效果，極大地方便了煤礦職工檢修與維護(hù)設(shè)備。