矿用无线自动喷雾降尘智能集控系统设计及应用.pdf
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1、技术经验与应用矿用无线自动喷雾降尘智能集控系统设计及应用周航远,彭港成,马孟飞,程辉,李世航,(陕西瑞能煤业有限公司,陕西 延安 ;中国矿业大学 碳中和研究院,江苏 徐州 ;中国矿业大学 安全工程学院,江苏 徐州 ;中国矿业大学 职业健康研究院,江苏 徐州 )摘要:粉尘危害是煤矿生产的主要灾害之一,如何高效降尘、除尘是煤矿安全生产中的重要问题,而喷雾降尘技术是目前煤矿井下粉尘防治的最主要措施之一。为解决传统喷雾设备在运行过程中存在启闭不及时、智能化程度低等诸多缺陷,构建了矿用无线自动喷雾降尘智能集控系统,详细介绍了智能集控系统的构成、主要功能与参数,分析了系统工作原理与性能优点。研制了无线通讯
2、技术和多种联动控制模式,使该系统具有无线通信、远程智能集控、在线监测等功能。智能集控系统的现场应用效果表明,该系统在提升矿井粉尘防治自动化、智能化水平的同时,能够有效降低产尘点粉尘浓度,保障煤矿安全生产。关键词:粉尘;无线通信;喷雾降尘;远程集控;智能控制中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,;,;,):,;,:;周航远彭港成马孟飞等矿用无线自动喷雾降尘智能集控系统设计及应用 年收稿日期:基金项目:国家自然基金面上项目();江苏省自然科学基金青年项目();中央基本科研业务费项目()作者简介:周航远(),男,河南许昌人,工程师,主要从事煤矿安全生产技术管理工作。引言煤矿生产过程中产生的
3、大量煤尘与岩尘等固体微粒统称为矿井粉尘。粉尘危害作为煤矿生产的主要灾害之一,高浓度矿井粉尘会遮蔽视线,影响工作效率,引发安全事故;粉尘颗粒沉降至设备上会加速设备磨损老化,缩短设备使用寿命,还会影响传感元件的可靠性;大量积聚的煤尘与空气充分混合后,在电火花、高温物体等点火源的作用下会引发粉尘爆炸,破坏性巨大;长期暴露于高浓度粉尘环境下,呼吸性粉尘会在人体肺部纤维组织沉积,致使井下工作人员罹患尘肺病,作为煤炭行业多发的职业病,尘肺病的潜在危害性甚至比瓦斯爆炸更为严重 。粉尘浓度过高会严重影响煤矿安全生产,极大损害工作人员身心健康,如何有效监测并控制井下粉尘浓度对改善作业人员工作环境、保障煤矿安全生
4、产具有重要意义。降低煤矿井下作业场所粉尘浓度的主要方法包括通风除尘、煤层注水、泡沫除尘、喷雾降尘等,其中喷雾降尘由于其施工难度小、成本低、除尘效果好的优势被广泛应用于煤矿除尘领域 。目前煤矿使用的各类传统喷雾设备,普遍受到供电电源、电缆以及通信线缆、光缆的束缚与限制,增加安装、使用、维护等工作的难度;传统的喷雾降尘设备大多采用手动控制,自动化程度低,且喷雾开启具有随机性,致使设备耗水量大、效率低下;此外,还存在传感器易受干扰甚至失灵、电磁阀易损坏等导致喷雾降尘设备无法长期稳定运转的缺陷 。为解决上述问题,摆脱传统设备架构对外置供电及通讯线缆的依赖,设计一种矿用无线自动喷雾降尘智能集控系统,以实
5、现系统信息的实时监测与装置的远程控制。矿用无线自动喷雾降尘智能集控系统架构设计矿用无线自动喷雾降尘智能集控系统架构如图所示。该系统主要基于高性能传感器和无线通信技术构建而成,系统的控制装置具有无线通信功能(无需通信线缆),智能喷雾装置通过无线通信方式与网关进行指令交互,经网关接入井下环网,与地面主机进行数据交互以实现远程集控。系统可将喷雾状态、电池电量、延时设置及设备状态等信息以无线通信的方式上传,并接收主机控制指令,该系统能够全面展示各区域装置的运行状态,也可灵活方便地对设备工作模式进行现场或远程调整。系统工作原理智能集控系统工作原理如图 所示。系统工作时,首先通过粉尘浓度传感器实时监测环境
6、中的粉尘浓度,并将其转换成电信号,通过无线通信的方式传递至主控箱;主控箱可同时接收粉尘浓度传感器发送的粉尘浓度信息、热释光控传感器与震动感应传感器传递的人员车辆与皮带启停的信息;随后,主控箱将接收到的信息以无线通信的方式传递给网关,并将信息收集上传至地面集控中心;最终地面集控中心软件依据接收到的信息进行判断,并对井下喷雾设备下达指令,从而实现对井下喷雾设备的远程控制。?图 智能集控系统架构?图 智能集控系统工作原理 系统组成智能集控系统由高效雾化组件、水路控制装置、高可靠性传感器、智能化控制集成电路、无线通信组件等组成,具体设备组成如图 所示。主要包括第 期周航远彭港成马孟飞等矿用无线自动喷雾
7、降尘智能集控系统设计及应用 矿用本安型红外遥控器、矿用本安型自动洒水降尘装置主控箱、矿用本安型网关、矿用隔爆兼本安型直流稳压电源(网关配套)、矿用小型水质过滤器、热释光控传感器、高分子雾化单元。?图 智能集控系统组成部件 矿用本安型红外遥控器可与外界计算机配接实现信息共享,方便控制设备的启停,其工作电流 ,具有功耗小、使用寿命长等优点;矿用本安型自动洒水降尘装置主控箱采用电池供电,电池使用寿命为 个月,可用以接收传感器传输的信号以及控制喷雾装置的启停,主控箱之间采用无线通信,其在井下可视无遮挡最大传输距离可达 ;系统采用 矿用本安型网关接入井下环网,实现与地面主机之间的信息交互,网关与主控箱之
8、间以无线传输的方式进行通信,最大无遮挡传输距离为 ;矿用隔爆兼本安型直流稳压电源主要用于为网关供电;矿用小型水质过滤器用于过滤水中的铁锈、泥沙、悬浮物等杂质,防止喷头堵塞,过滤精度为 ;热释光控传感器可感知经过其监控区域的行人与车辆,并将信号传输给主机,实现行人与车辆经过时自动关闭喷雾、行人与车辆通过后延时开启喷雾的功能,该传感器以电池供电,采用无线传输的方式进行通信,与主控箱之间的最大传输距离为 ;高分子雾化单元单喷头用水量 ,喷头射程为 ,工作水压为 ,具有雾化效果好、喷淋面积大的优点。系统联动模式设计了智能集控系统感应、震动、粉尘 种联动模式,可在不同作业场所高适配性使用。感应联动模式时
9、,每个喷雾点位安装 台主控箱和 个热释光控传感器,实现喷雾随时、定时或常开自动启停的同时,兼顾行人或车辆的避让。震动联动模式时,每个喷雾点安装 台主控箱、个热释光控传感器和 个震动感应传感器,实现喷雾随皮带启停而自动启停的同时,兼顾行人或车辆的避让。粉尘联动模式时,每个喷雾点安装 台主控箱、个粉尘浓度传感器和 个热释光控传感器,实现喷雾随粉尘浓度状况自动启停的智能联动模式,同时兼顾行人或车辆的避让。依靠上述 种联动方式,智能集控系统联动模式可实现随粉尘浓度变化自动开启喷雾进行降尘,避免了水资源的浪费,使系统更加高效、精准地运行;根据现场情况与实际需求使系统随皮带运输自动启停;设置为常喷或定时喷
10、雾;通过感应车辆与行人,使喷雾避开行人与车辆,避免喷雾影响通行安全 。系统主要性能与优点 智能远程集控、在线监测系统内置无线通信接口,具有无线通信功能,能够通过无线方式汇集至通信网关,便于接入井下环网与地面主机进行数据交互,可将喷雾状态、电池电量、延时设置及设备状态等信息上传至地面服务器,并接收主机控制指令。通过地面配套软件实现井下喷雾设备的实时监测与信息展示,并控制设备主机的工作状态,快捷的对装置进行远程操控。集控系统软件采取 架构,在网络互通的前提下,支持多种类、多平台诸如手机、平板等设备,无需安装专用程序,直接通过浏览器访问操控,也便于各种集成平台的对接需求。系统工作界面如图 所示,可查
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