一種礦用無軌膠輪車行車自動噴霧裝置的研制與應用

王慕斗，趙 津，孫卓君，代雙成

（北京天地華泰礦業管理股份有限公司 ，北京 100013）

0 引言

近年來，隨著煤礦開采設備的不斷發展，以淺埋深、近水平煤層為主的神東礦區大多采用斜井開拓，礦井輔助運輸大多采用礦用防爆無軌膠輪車作為主要運輸工具，無軌膠輪車在行駛過程中會產生大量揚塵，并對井下空氣質量帶來了一定影響[1-3]。現階段國內煤礦輔助運輸巷道主要采用的是巷道定點人工開閉噴霧、定時噴霧或紅外線自動控制噴霧等方式進行降塵。這幾種噴霧方式均會長時間開啟，浪費大量水資源，且易造成巷道積水。通過查閱資料和現場調研發現，沒有一種完全解決巷道行車揚塵且不造成其他問題的技術設備[4-10]。

本論文針對以上背景，研發了一種礦用無軌膠輪車行車自動噴霧裝置，并在煤礦井下現場應用，效果良好。

1 結構原理

礦用無軌膠輪車行車自動噴霧裝置主要包括射頻發射器、控制器、電磁閥、噴頭等）、DC12V電源及附屬管件。裝置組成如圖1所示。

圖1 裝置組成示意圖

工作原理：本裝置通過檢測特定的射頻信號來控制電磁閥開始實現自動噴霧。每輛無軌膠輪車配備一個射頻發射器，當車載射頻發射器在巷道內控制器100m范圍內時，控制器內射頻接收器接收到特定射頻信號后，裝置的控制板控制點閉合，輸出電信號電磁閥開啟，實現噴頭斷面噴霧；當無軌膠輪車駛離控制器信號接收范圍時，控制器接收不到射頻信號，裝置的控制板控制點斷開，輸出電信號電磁閥關閉，停止噴頭斷面噴霧，控制延時為2s。

2 方案設計

2.1 射頻發射器設計

射頻發射器安裝在防爆無軌膠輪車駕駛室內，為本質安全型設計，內置可充電電源，工作電壓為DC9V，配置電量指示燈，實時發射特定頻率的信號，隨車輛行駛不斷發射特定波長的紅外光波，控制器上有匹配的射頻接收器接收紅外光波，進而達到信號傳輸[11-12]。

2.2 控制器的設計

控制器主要由射頻信號接收器、控制板、電源等組成，頻信號接收器和控制板集成于一個防爆箱體內，控制器與防爆電源箱連接，射頻接收器通過485通迅接口通訊至控制板，其工作電源來至防爆電源箱DC12V電源。防爆電源箱選型為輸入電壓為AC127V,波動范圍75%～110%，輸出電壓為2路DC12V，具有過流保護、短路保護功能。控制器安裝在距巷道地面1/2～2/3巷道高度處。控制器設計如圖2所示。

圖2 控制器設計圖

2.3 執行機構設計

執行裝置包括防爆電磁閥、噴嘴等，防爆電磁閥采用工作電源為DC12V，黃銅閥體，紫銅線圈，使用壽命長，結構牢固，不易漏水。噴嘴為存銅制造，孔徑為1.5mm，工作壓力為0.2～0.4MPa，配置不銹鋼過濾網，可以過濾水中雜質，防止管道堵塞，保證噴頭的使用時長。

管路選型為KJ19管路，噴嘴安裝用在6分鍍鋅鋼管制作的噴霧管架上，安裝時噴霧管架掛在垂直于巷道方向的巷道頂板上，并使噴嘴方向為迎風角45°。

3 使用方式

每個入井車輛（防爆無軌膠輪車）配備一個射頻發射器，每秒發射一個數據包。為滿足礦用產品之間信號互連的安標要求，射頻發射器采用本安電源DC9V。射頻接收器接收距離為100m。當射頻接收器收到射頻發射器的數據包時，接收器通過485通訊接口到噴霧控制板。噴霧控制板通過信號隔離耦合，單片機程序驅動，通過繼電器控制噴霧電磁閥開停實現自動噴霧。當噴霧控制器100m范圍內接收到射頻信號后，控制器默認為將有車輛通過，控制器驅動繼電器閉合，電磁閥通電，噴霧開啟；當車輛行駛到距噴霧控制器100m以外時，控制器接收不到射頻信號，控制器驅動繼電器斷開，電磁閥關閉，停止噴霧（此過程延時2s）。如圖所示。

車輛射頻發射器 (100m內)→車輛位移接收器→電磁閥開啟→開啟供水→開始噴霧；

車輛離開后（100m外）→接收器無接收信號→關閉電磁閥→停止供水→停止噴霧。

4 使用效果

通過對本裝置的多次改進與試驗，該裝置于2019年1月至2019年7月在納林廟煤礦二號井副斜井400m、600m位置處安裝使用。通過現場實測當無軌膠輪車通過距控制裝置100m內時，可達到預期噴霧效果，當無軌膠輪車駛離控制器接收范圍外時，噴霧關閉，節約了水資源。裝置安裝前期每日檢驗使用效果時發現，均未出現漏動作和無動作，運行平穩可靠。

5 安全效益與經濟效益

1）本裝置實現礦井行車與巷道片噴霧的自動控制，能及時抑制行車時揚起的粉塵，凈化空氣，改善井下職工作業環境，保證了職工身心健康。

2）本裝置實現了行車自動噴霧，替代了原有的長時間開啟噴霧降塵方式，減小用水量，大大節約了水資源，也解決了因長時間噴霧水量大對巷幫、路面侵蝕問題，杜絕了路面的積水，延長了路面的使用年限。

3）本控制裝置，無需人工操作，降低了礦井運行成本。

6 結 論

1）本論文研發了一種礦用無軌膠輪車行車自動噴霧裝置，該裝置通過檢測礦用無軌防爆車發出的特定射頻信號來控制電磁閥啟閉，進而實現煤礦巷道自動噴霧。

2）本裝置替代了原有巷道定點人工開閉噴霧方式，具有針對性強、動作靈敏可靠、安裝和維護方便等優點。

3）通過在納林廟煤礦二號井現場實踐，效果良好，可針對性的降低無軌膠輪車在行駛時產生的粉塵飛揚，在神東礦區有較高的推廣應用價值。