一種礦用無軌膠輪車行車自動噴霧裝置的研制與應(yīng)用

王慕斗，趙 津，孫卓君，代雙成

（北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司 ，北京 100013）

0 引言

近年來，隨著煤礦開采設(shè)備的不斷發(fā)展，以淺埋深、近水平煤層為主的神東礦區(qū)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(chǎn)生大量揚塵，并對井下空氣質(zhì)量帶來了一定影響[1-3]。現(xiàn)階段國內(nèi)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(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，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(shù)設(shè)備[4-10]。

本論文針對以上背景，研發(fā)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(xiàn)場應(yīng)用，效果良好。

1 結(jié)構(gòu)原理

礦用無軌膠輪車行車自動噴霧裝置主要包括射頻發(fā)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(xiàn)自動噴霧。每輛無軌膠輪車配備一個射頻發(fā)射器，當(dāng)車載射頻發(fā)射器在巷道內(nèi)控制器100m范圍內(nèi)時，控制器內(nèi)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(xiàn)噴頭斷面噴霧；當(dāng)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(guān)閉，停止噴頭斷面噴霧，控制延時為2s。

2 方案設(shè)計

2.1 射頻發(fā)射器設(shè)計

射頻發(fā)射器安裝在防爆無軌膠輪車駕駛室內(nèi)，為本質(zhì)安全型設(shè)計，內(nèi)置可充電電源，工作電壓為DC9V，配置電量指示燈，實時發(fā)射特定頻率的信號，隨車輛行駛不斷發(fā)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(shè)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(nèi)，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(shè)計如圖2所示。

圖2 控制器設(shè)計圖

2.3 執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計

執(zhí)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(jié)構(gòu)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(wǎng)，可以過濾水中雜質(zhì)，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(fēng)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(fā)射器，每秒發(fā)射一個數(shù)據(jù)包。為滿足礦用產(chǎn)品之間信號互連的安標要求，射頻發(fā)射器采用本安電源DC9V。射頻接收器接收距離為100m。當(dāng)射頻接收器收到射頻發(fā)射器的數(shù)據(jù)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(qū)動，通過繼電器控制噴霧電磁閥開停實現(xiàn)自動噴霧。當(dāng)噴霧控制器100m范圍內(nèi)接收到射頻信號后，控制器默認為將有車輛通過，控制器驅(qū)動繼電器閉合，電磁閥通電，噴霧開啟；當(dāng)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(qū)動繼電器斷開，電磁閥關(guān)閉，停止噴霧（此過程延時2s）。如圖所示。

車輛射頻發(fā)射器 (100m內(nèi))→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(guān)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(xiàn)場實測當(dāng)無軌膠輪車通過距控制裝置100m內(nèi)時，可達到預(yù)期噴霧效果，當(dāng)無軌膠輪車駛離控制器接收范圍外時，噴霧關(guān)閉，節(jié)約了水資源。裝置安裝前期每日檢驗使用效果時發(fā)現(xiàn)，均未出現(xiàn)漏動作和無動作，運行平穩(wěn)可靠。

5 安全效益與經(jīng)濟效益

1）本裝置實現(xiàn)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(yè)環(huán)境，保證了職工身心健康。

2）本裝置實現(xiàn)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(jié)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(jié) 論

1）本論文研發(fā)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(fā)出的特定射頻信號來控制電磁閥啟閉，進而實現(xiàn)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(yōu)點。

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