基于無線技術應用的綜采面噴霧降塵系統

摘 要：文章主要介紹了一種基于無線技術應用的綜采面噴霧降塵系統，并詳細介紹了系統中的主要組成產品的硬件部分及工作原理。系統及系統中各產品通過煤礦安全認證，并投入了使用。

關鍵詞：無線技術；綜采面噴霧降塵系統；傳感器

引言

隨著社會對塵肺病危害認識不斷提高，綜采面采用自動噴霧降塵系統會受到煤礦青睞；市面上出現各種自動噴霧除塵系統，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，點火，噴霧降塵裝置檢測聲控傳感器信號，開啟球閥進行噴霧。只有一道水幕，噴霧降塵效果不好。（2）自動噴霧降塵系統：控制器通過RS485模式采集采煤機上紅外發射器信號、移架壓力傳感器信號或放煤傳感器信號，根據控制器中設定噴霧降塵規則進行噴霧除塵。

現有的半自動化炮采，需要人工進行采煤，工作量大，噴霧除塵效果差，現場工作人員容易出現塵肺病。現有自動噴霧降塵系統，則能實現綜采面自動噴霧降塵效果，降低了工人的勞動強度[1][2]。但是整個系統中所有設備（控制器、各種壓力傳感器、電動球閥和執行器）采用有線通信方式，施工布線復雜，維護比較麻煩。

本系統方案在于建立一套將綜采面沿線上控制器、執行器（內置電動球閥）和各種壓力傳感器通過433MHz無線通信技術聯系起來的自動噴霧降塵系統。這樣不僅能實現自動噴霧降塵的效果，又能實現施工簡單，維護方便的效果。

1 系統介紹

通過安裝在采煤機礦用信號發送器和安裝在液壓支架上的礦用無線壓力傳感器，實時檢測采煤機、移架作業和放煤作業的位置，并在采煤機、移架和放煤作業的風流下方自動順序開啟/關閉數道扇形強霧進行高效除塵，系統主要工作部分采用無線技術傳輸，無需人員干預即可實現全自動運行，解決了采煤機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難題，降低了工人勞動強度，有效防止塵肺病危害。

系統框圖如圖1所示，圖中所示：

（1）上位機地面部分：負責數據采集、控制參數設置、遠程控制、井下工作面信息顯示和數據存儲及查詢等功能。

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

2 系統主要產品介紹

2.1 礦用控制器

礦用控制器可以顯示當前隨機噴霧道數、當前移架位置、當前放煤位置和433M無線通信工作狀態；轉發上位機控制指令和查詢指令，反饋綜采工作面執行結果和工作狀態信息。其原理圖如圖2。

該產品可由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品的一些參數，RS485接口是與上位機通信，進行數據交互。

2.2 礦用執行器

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

433MHz模塊負責與礦用控制器、礦用無線壓力傳感器通信及礦用執行器進行通信（在執行器無法與控制器進行數據交互時，可通過其他的執行器進行數據上傳），紅外接受器接口與礦用紅外發送器配合實現采煤機定位，數據輸入接口負責接入相應傳感器采集環境信息（如：粉塵、溫濕度傳感器等），另配有球閥接口，負責控制球閥。此外，產品可擴展有線的RS485數據接口。

2.3 無線壓力傳感器

無線壓力傳感器結合礦用執行器上的紅外接受器來對采煤機的位置實現定位。

如圖4所示，該產品通過13.56MHz頻率進行無線設置參數，工作時由壓力采集元件及電路，將數據經MCU處理，通過433MHz電路發出，其主要與礦用執行器進行無線數據通信。

2.4 礦用紅外發送器

礦用紅外發送器結合礦用執行器上的紅外接受器來對采煤機的位置實現定位。其原理框圖如圖5。

該產品具有電源、工作狀態等指示功能；具有發射紅外信號提供采煤機定位功能。

3 結束語

經實際測試，礦用執行器的433MHz無線傳輸有效傳輸距離在70m，設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行器之間，礦用執行器與礦用控制器之間的可靠傳輸。當然，在煤礦綜采面的復雜環境下，只是靠硬件來保證數據的穩定傳輸是不行的，還需結合各個產品的無線協議來保證數據的可靠傳輸。

參考文獻

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

[2]劉毅.綜采工作面粉塵運動規律與高壓噴霧降塵技術的研究[D].北京：北京科技大學，2005.

[3]程衛民，聶文，周剛，等.煤礦高壓噴霧霧化粒度的降塵性能研究[J].中國礦業大學學報，2011（2）：185-189.

[4]朱建明.無線局域網安全——方法與技術[M].機械工業出版社，2009，8.

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

胡偉（1986-），男，江蘇常州人，專科，助理工程師，主要研究方向為煤礦井下傳感器數據采集、井下粉塵治理等。