礦井綜采面無線物聯網噴霧降塵系統設計

董天文

（內蒙古昊盛煤業有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017211）

1 引言

煤礦井下綜采面大部分實現了機械化生產，機械設備多，綜采面生產環境復雜。綜采面主要的產塵因素：一是采煤機滾筒割煤時，滾筒截割煤體產生的粉塵；二是工作面進風風流夾雜進來的粉塵和運輸時產生的粉塵；三是液壓支架推移時產生的粉塵；四是放煤口放煤時產生的粉塵。尤其是工作面走向加長后，為保證通風，工作面配風一般較大，且風速較高，容易把工作面產生的積塵擴散到整個礦井，造成粉塵污染。

現有的自動降塵系統，井下各除塵相關傳感器一般都是通過光纜或信號電纜將信號傳輸給測控系統。存在的問題主要是布線和安裝都比較復雜，而且煤礦井下的復雜環境，濕度較大，溫度較高，電纜線在這種情況下很容易受到腐蝕，因此井下有線信號傳輸會受到嚴重的環境干擾，普遍的在精度、可靠性方面存在性能方面的缺點，同時復雜的布線也給檢修維護帶來了極大的不便。

無線通訊技術的發展為解決這一問題提供了思路。本文設計了一套礦井綜采面無線物聯網噴霧降塵系統，實現設備間無線連接、無線通訊、智能控制的自動化噴霧系統。

2 系統原理

礦井綜采面無線物聯網噴霧降塵系統的目的是實現粉塵濃度的實時監測，并且與自動噴霧控制聯動，做到有效噴霧降塵。該系統會全部使用無線通訊技術，內置電池，無需布線連接外接點電源。在現有綜采面基礎上以及無線通訊技術程序的情況下，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備安裝，節省安裝時間與線路維護檢修成本。本系統采用無線粉塵傳感器、無線位移傳感器、無線采煤機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網噴霧降塵系統工作原理如圖2所示。當采煤機工作時，安裝在液壓支架上的噴霧控制箱接收到無線采煤機傳感器的無線指令時，噴霧控制箱打開前噴霧閥門進行噴霧，同時其他液壓支架噴霧電控箱檢測不到無線采煤機傳感器的同時關閉其他支架上的噴霧電控箱。當進行放頂煤與移架操作時，安裝在操縱閥附近的無線位移傳感器會監測到煤礦職工操縱手柄的動作，發出無線信號給噴霧控制箱，無線噴霧控制箱會相應地啟動噴霧閥進行降塵噴霧。

圖1 系統安裝位置示意圖

圖2 系統工作原理圖

3 系統關鍵技術

3.1 wimax無線通訊技術

礦井綜采面無線物聯網噴霧降塵系統之間的無線通訊，應用wimax無線通訊技術。WiMAX技術是以IEEE802.16系列標準為基礎的寬帶無線接入技術，兩年來發展迅速，逐漸成為城域寬帶無線接入技術的發展熱點。

wimax技術成熟，運用靈活，覆蓋面積廣，組網靈活，適應環境能力強，通訊穩定，因此，可作為井下無線傳感器的無線通訊應用技術。

3.2 無線傳感器技術

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，穩定性高，功耗低，配合噴霧控制箱使用，實現對噴霧控制箱電控閥門的遠程控制。同時無線位移傳感器運用wimax無線通訊技術，通訊距離較遠，發射靈敏度高，抗干擾能力強，超低功耗，使用時間長，操作簡單，同時安裝方便，內置電池，無線信號發射，無需布線，減少維護檢修成本。

3.2.2 無線粉塵傳感器

無線粉塵傳感器，內部電池供電，利用粉塵散射特定光線的強弱來計算粉塵濃度。計算出的粉塵質量濃度轉換成頻率信號輸出，信號傳送給噴霧控制箱，通過判斷粉塵濃度來實現噴霧降塵。

3.2.3 無線采煤機傳感器

傳感器采用內置電池供電方式，無需外接電源和電纜。當采煤機按著路線工作時，無線采煤機傳感器跟隨采煤機運動到對應液壓支架上噴霧控制箱的位置上，無線采煤機傳感器會聯通當前支架上的無線采煤機傳感器，實現采煤機工作位置精準噴霧降塵。

4 試驗測試

為了驗證礦井綜采面無線物聯網噴霧降塵系統的可靠性與實用性，在石拉烏素煤礦對該系統進行測試。首先安裝無線采煤機傳感器開關。由于本系統設計初衷就是為了便于安裝，無線采煤機傳感器直接固定在采煤機上，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。各設備均采用無線通訊，電源內置，只需要固定好各設備，設備直接會互相識別進行通訊。此次試驗安裝兩組設備，來進行功能測試。

由于該系統設備沒有任何電纜連接，試驗測試無法實現全煤礦wimax信號覆蓋，這里只測試設備功能可靠性和穩定性。在試驗測試期間，采煤機工作，無線采煤機傳感器在A架移動到B架時，前噴霧閥開始工作實現噴霧。在模擬移架操作與放頂煤操作時，無線位移傳感器捕捉到工人動作，噴霧閥開始實現噴霧，在噴霧持續一段時間后，自動停止噴霧。當無線粉塵傳感器感受到粉塵濃度依舊較大，噴霧不停止繼續噴霧。試驗測試過程如圖3所示。

圖3 試驗過程

5 效果分析及結論

該系統實現了全無線自動控制，設備配對簡單，損壞更換方便，在煤礦現有高壓噴霧降塵系統的基礎上可直接安裝使用。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設備。