一种矿井水幕降尘气候在线监测联动系统及方法

技术领域

本发明涉及一种矿井水幕降尘气候在线监测联动系统及方法。

背景技术

在煤矿巷道中的粉尘状况相当于气候状态，通过喷雾降尘保持较好的气候状态是目前普遍采用的方式，然而巷道包括了进风巷、工作面和回风巷，目前的工作状态是只是监测粉尘的浓度，一旦浓度高则是各个巷道同时启动喷雾降尘或者同时停止喷雾，流量也不受控制，带来的问题是各个巷道的粉尘浓度是降低了，但可能会造成湿度增大、温度过低等问题，不能充分高效利用水资源，造成水资源浪费。

发明内容

本发明的目的是提出一种矿井水幕降尘气候在线监测联动系统及方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种矿井水幕降尘气候在线监测联动系统，包括与水汽输入总管连接的水幕喷管，水幕喷管分别布置在井下的采煤工作面、进风巷和回风巷，从水幕喷管喷出的水汽形成采煤工作面水幕、进风巷水幕和回风巷水幕，其中，在进风巷的水幕喷管分两段连接布置、形成前后间隔的第一水幕和第二水幕，在采煤工作面分布设置有粉尘浓度传感器、温度传感器和湿度传感器，一个中央控制器在井上通过接口连接粉尘浓度传感器、温度传感器和湿度传感器，中央控制器的输出控制分别连接第一控制阀门、第二控制阀门、第三控制阀门、第四控制阀门，第一控制阀门控制进风巷的第一水幕喷管，第二控制阀门控制进风巷的第二水幕喷管，第三控制阀门控制采煤工作面的水幕喷管，第四控制阀门控制回风巷的水幕喷管。

方案进一步是：所述进风巷的第一水幕和第二水幕的间隔不小于50米，进风巷的第二水幕距离采煤工作面不大于30米，回风巷的水幕喷管形成的水幕距离采煤工作面不大于10米。

方案进一步是：所述水汽输入总管通过一个可调流量阀门连接水幕喷管，所述中央控制器的一个输出经接口连接控制所述可调流量阀门。

方案进一步是：所述接口包括在井下设置的本安型信号转接端子盒，传感器信号以及阀门控制信号经本安型信号转接端子盒转接至地面巷道口设置的中继站，中继站设置有信号放大电路和驱动电路，信号放大电路将接收的传感器信号放大后传送至中央控制器，驱动电路将中央控制器发出的阀门控制信号转换成大功率驱动信号驱动各控制阀门。

方案进一步是：所述的控制阀门是本安型防爆电磁阀门。

一种矿井水幕降尘气候在线监测联动控制方法，包括上述系统，确定一个井下气候综合评价指数Q，井下气候综合评价指数Q与井下粉尘浓度、温度和湿度关联，其中，实时获取井下采煤工作面的粉尘浓度、温度和湿度，根据粉尘浓度、温度和湿度计算评价指数Q值，当Q值低于下限设定值或高于上限设定值时按照一个开启顺序间隔开启进风巷第一水幕的第一控制阀门、进风巷第一水幕的第二控制阀门、采煤工作面水幕的第三控制阀门和回风巷水幕的第四控制阀门，当Q值在一个稳定区间值时按照一个关闭顺序间隔关闭进风巷第一水幕的第一控制阀门、进风巷第一水幕的第二控制阀门、采煤工作面水幕的第三控制阀门和回风巷水幕的第四控制阀门；

其中：

气候综合评价指数Q=A (X/4)＋B (Y/50)＋C(Z/18)；

其中：

X代表粉尘浓度，单位：mg/m

Y代表湿度，单位：%；

Z代表温度，单位：℃；

A代表粉尘权重系数；

B代表湿度权重系数；

C代表温度权重系数。

方案进一步是：粉尘权重系数为3/5，湿度权重系数为1/5，温度权重系数为1/5，下限设定值是0.327，上限设定值是1.062，稳定区间值是0.327和1.062之间，所述开启顺序依次是采煤工作面水幕的第三控制阀门、进风巷第二水幕的第二控制阀门、进风巷第一水幕的第一控制阀门、回风巷水幕的第四控制阀门；所述关闭顺序依次是进风巷第一水幕的第一控制阀门、进风巷第二水幕的第二控制阀门、采煤工作面水幕的第三控制阀门、回风巷水幕的第四控制阀门；

其中：

在开启顺序每一间隔时间至少是30秒，在间隔期间继续获取Q值，当Q值的改变高于了下限设定值或低于了上限设定值，则延长间隔时间直至Q值再次低于下限设定值或高于上限设定值，继续按顺序开启下一道控制阀门；

在关闭顺序每一间隔时间至少是30秒，在间隔期间继续获取Q值，当Q值的改变超出了稳定区间值，则重新开启刚关闭的控制阀门延长间隔时间直至Q值维持在稳定区间，再次顺序关闭控制阀门。

方案进一步是：所述粉尘浓度大于4、温度小于15或大于20、湿度小于40或大于60时报警。

方案进一步是：所述方法进一步包括连续获取评价指数Q值，将连续获取的评价指数Q值制成随时间变化的曲线输出并保存。

方案进一步是：所述水汽输入总管通过一个可调流量阀门连接水幕喷管，所述中央控制器的一个输出连接控制所述可调流量阀门，所述方法进一步包括：当湿度大于50后还持续上升时，控制可调流量阀门减小水汽输入量。

本发明的有益效果是：通过在工作面设置粉尘浓度传感器、温度传感器和湿度传感器，控制器将三种传感器信号分析出不同的环境状况，通过控制器输出连接的电磁开关，以不同的顺序启动不同巷道的喷雾或停止喷雾，包括控制流量，实现水幕系统自动启停，避免人员操作，降低工人劳动强度；实现工作面气候在线监测，提升工人工作舒适度；顺序启停水幕可以高效利用水资源，并可以本系统为单位扩展到所有巷道实现整个矿井所有水幕互相联动。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“连接”、“置于”应做广义理解，例如“连接”可以是导线连接，也可以是机械连接；“置于”可以是固定连接放置，也可以是一体成形放置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

一种矿井水幕降尘气候在线监测联动系统，如图1所示，在线监测联动系统包括与水汽输入总管1连接的水幕喷管2，水幕喷管通过支管分别布置在井下的采煤工作面3、进风巷4和回风巷5，从水幕喷管喷出的水汽形成采煤工作面水幕、进风巷水幕和回风巷水幕，其中，在进风巷的水幕喷管的支管分为201和202分两段连接布置、形成前后间隔的第一水幕和第二水幕，支管203布置在采煤工作面3，支管204布置在回风巷5，在采煤工作面分布设置有粉尘浓度传感器6、温度传感器7和湿度传感器8，一个中央控制器9在井上通过接口连接粉尘浓度传感器6、温度传感器7和湿度传感器8，中央控制器9的输出控制分别连接第一控制阀门10、第二控制阀门11、第三控制阀门12、第四控制阀门13，第一控制阀门控制进风巷水幕喷管的支管的第一水幕喷管，第二控制阀门控制进风巷水幕喷管的支管的第二水幕喷管，第三控制阀门控制采煤工作面水幕喷管的支管的水幕喷管，第四控制阀门控制回风巷水幕喷管的支管的水幕喷管。

其中，所述接口包括在井下设置的本安型信号转接端子盒14，传感器信号以及阀门控制信号经本安型信号转接端子盒转接至地面巷道口设置的中继站15，中继站设置有独立的电源，中继站设置有信号放大电路和驱动电路，信号放大电路将接收的传感器信号放大后传送至中央控制器，驱动电路将中央控制器发出的阀门控制信号转换成大功率驱动信号驱动各控制阀门。

所述进风巷的第一水幕和第二水幕的间隔不小于50米，进风巷的第二水幕距离采煤工作面不大于30米，回风巷的水幕喷管形成的水幕距离采煤工作面不大于10米。

为了控制水汽流量：所述水汽输入总管1通过一个可调流量阀门16连接水幕喷管，所述中央控制器的一个输出经接口连接控制所述可调流量阀门。

作为安全上述的控制阀门都是本安型防爆电磁阀门。

基于上述矿井水幕降尘气候在线监测联动系统的控制方法，查阅煤矿井下工作区相关适宜工作条件，其中：粉尘浓度适宜范围是｛0，4，单位：mg/m

其中：

气候综合评价指数Q=A (X/4)＋B (Y/50)＋C(Z/18)；

其中：

X代表粉尘浓度，单位：mg/m

Y代表湿度，单位：%；

Z代表温度，单位：℃；

A代表粉尘权重系数；

B代表湿度权重系数；

C代表温度权重系数。

作为优选方案，其中：粉尘权重系数取值为3/5，湿度权重系数取值为1/5，温度权重系数取值为1/5，下限设定值是0.327，上限设定值是1.062，稳定区间值是0.327和1.062之间。

所述开启顺序依次是采煤工作面水幕的第三控制阀门、进风巷第二水幕的第二控制阀门、进风巷第一水幕的第一控制阀门、回风巷水幕的第四控制阀门；所述关闭顺序依次是进风巷第一水幕的第一控制阀门、进风巷第二水幕的第二控制阀门、采煤工作面水幕的第三控制阀门、回风巷水幕的第四控制阀门；

其中：

在开启顺序每一间隔时间至少是30秒，在间隔期间继续获取Q值，当Q值的改变高于了下限设定值或低于了上限设定值，则延长间隔时间直至Q值再次低于下限设定值或高于上限设定值，继续按顺序开启下一道控制阀门；

在关闭顺序每一间隔时间至少是30秒，在间隔期间继续获取Q值，当Q值的改变超出了稳定区间值，则重新开启刚关闭的控制阀门延长间隔时间直至Q值维持在稳定区间，再次顺序关闭控制阀门。

其中：所述粉尘浓度大于4、温度小于15或大于20、湿度小于40或大于60时报警。所述方法进一步包括连续获取评价指数Q值，将连续获取的评价指数Q值制成随时间变化的曲线输出并保存方便查询。

其中：所述水汽输入总管通过一个可调流量阀门连接水幕喷管，所述中央控制器的一个输出连接控制所述可调流量阀门，所述方法进一步包括：当湿度大于50后还持续上升时，控制可调流量阀门减小水汽输入量。

上述实施例通过在工作面设置粉尘浓度传感器、温度传感器和湿度传感器，控制器将三种传感器信号分析出不同的环境状况，通过控制器输出连接的电磁开关，以不同的顺序启动不同巷道的喷雾或停止喷雾，包括控制流量，实现水幕系统自动启停，避免人员操作，降低工人劳动强度；实现工作面气候在线监测，提升工人工作舒适度；顺序启停水幕可以高效利用水资源，并可以本系统为单位扩展到所有巷道实现整个矿井所有水幕互相联动。