一种铁矿溜井智能喷雾降尘装置及控制方法与流程

本发明属于矿井井下喷雾降尘技术领域，特别涉及一种铁矿溜井智能喷雾降尘装置及控制方法。

背景技术：

铁矿是重要的基础工业之一，从事铁矿开采的工人人数众多。随着开采强度和机械化水平的提高，矿井作业区的粉尘污染明显，影响井下生产的安全，尤其危害一线工人的身体健康，因此喷雾降尘存在着显而易见的必要性。

在传统的矿井中，除尘基本采用人工控制或者定时、定点控制洒水和喷雾器，存在着效率低下、浪费水资源等问题。随着电子技术的发展，结合实际应用部分企业采用了架间自动喷雾、放矿自动喷雾、根据粉尘浓度自动喷雾等一些比较智能化的降尘装置。但是尚未出现针对铁矿溜井卸矿处的降尘装置，由于实际现场环境的复杂性，常见的降尘装置并不能很好的适用。

目前比较普适的降尘装置采用光散射法粉尘浓度传感器来检测粉尘浓度，根据设定的阀值控制喷雾装置。但是粉尘浓度传感器量程范围有限，易受粉尘污染，零点偏移严重，需要经常清理，检测精度低，误差可达25％。同时传感器的工作电流大，传感器与控制器的距离要求比较短。然而溜井处一般风力较大，粉尘扩散快，粉尘浓度传感器检测滞后，需降尘面积大，要求多套设备进行降尘，设备成本高，水资源利用率低。

常见的降尘装置还有声控型、光控型、触控型等降尘装置。但是都不能很好的适用于溜井处降尘，这类传感器不能有效的区分信号的来源是工作人员还是机车，更不能区分矿井机车类型(机车分重车和空车，重车又分不同装矿容积的重车，空车包括巡检车等)，不能根据机车装矿量调节喷雾量，浪费资源。而且容易受干扰，检测准确度低。

现有专利“一种高压微雾抑尘设备”、“一种负离子干雾抑尘净化方法及装置”、“一种智能自清洁干雾除尘设备”、“一种干雾水膜双离心除尘装置及其除尘工艺”都不能实现自动除尘效果。专利“翻车机房区域干雾除尘设备”是根据光感传感器进行控制，专利“一种干雾除尘控制系统及其控制方法”根据粉尘浓度传感器进行自动喷雾，都存在上述的缺点，不适应铁矿溜井环境，无法满足铁矿溜井除尘要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的降尘装置无法适用于铁矿溜井卸矿处的问题，提出一种铁矿溜井智能喷雾降尘装置及控制方法。该装置为利用RFID读卡器进行机车识别和定位，智能喷雾，使用高压将水滴雾化到10微米级别进行降尘作业的铁矿溜井自动喷雾降尘装置，能有效降低粉尘浓度、减少粉尘危害；该方法能够可实现铁矿溜井卸矿处的自动喷雾降尘作业，具有安全、可靠、高效的特点。

一种铁矿溜井智能喷雾降尘装置，包括RFID无源抗金属标签、RFID读卡设备、控制箱和喷雾装置；

所述RFID读卡设备用于读取RFID无源抗金属标签发射的信号，RFID读卡设备与控制箱连接，控制箱与喷雾装置连接，喷雾装置用于喷雾降尘；

所述的RFID无源抗金属标签设置于矿井内机车的车头，包含提前写入标签的各类机车信息，并能够发射固定强度的含有该标签ID号的信号；该RFID无源抗金属标签在铁矿环境中有良好的抗金属干扰性，不需要配备电池等电源，用耐高温工程ABS塑料封装，极易维护；

所述的RFID读卡设备由RFID读卡器模块和RFID读卡天线组成；所述RFID读卡设备安装在矿井溜井卸矿处的铁轨正上方，可设置一套或多套以覆盖矿井溜井的卸矿区域；

所述的喷雾装置包括供水供气管和带有电磁阀的水雾化喷嘴组，水雾化喷嘴组位于供水供气管的末端，通过电磁阀的开度大小来控制水雾化喷嘴组的喷水量；

较好的，所述的带有电磁阀的水雾化喷嘴组可分为超声波喷嘴组和高压喷嘴组；所述超声波喷嘴组采用数个超声波雾化喷头，超声波雾化喷头设置于溜井卸矿处两侧巷道上方，较好的，各布置5～10米，超声波雾化喷头能够将水雾化成几微米大小的液滴；所述高压喷嘴组采用数个防风高压喷头，防风高压喷头设置于溜井卸矿处的上方，防风高压喷头能产生较强的打击力，达到镇尘、降尘的效果；

所述的控制箱位于控制室；控制箱内设有CPU；控制箱一端与RFID读卡设备连接，具体的，与RFID读卡器模块连接，控制箱一方面用于接收RFID读卡设备读取到的RFID无源抗金属标签ID号和信号强度等数据，并对数据进行校验，确认信息有效后解析数据，进而对机车进行装矿容积识别、定位和运动状态分析，另一方面用于给RFID读卡设备发送指令；控制箱另一端与喷雾装置连接，具体的，与电磁阀连接，用于控制喷雾装置的开启和开度；

较好的，控制箱与RFID读卡设备的读卡器模块通过串行通信总线连接。

上述铁矿溜井智能喷雾降尘装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：将每个机车的机车编号和机车载矿容积等信息写入对应的电子标签；

步骤2：控制箱发送指令，控制RFID读卡器模块通过RFID读卡天线进行扫描，较好的，RFID读卡天线进行扫描的时间为200～400ms，扫描的间隔时间为100～300ms；若扫描到RFID无源抗金属标签发射的信号，则执行步骤3，否则继续执行本步骤；

步骤3：将扫描得到的RFID无源抗金属标签的ID号和信号强度的数据由RFID读卡器模块传输给控制箱；控制箱内的CPU将接收到的数据进行校验，若校验通过则执行步骤4，否则执行步骤2；

其中，控制箱内的CPU将接收到的数据进行校验的方法是：RFID读卡器模块和控制箱中已编码内部通信协议，控制箱内的CPU识别RFID读卡器模块传出的数据中的内部通信协议与控制箱的内部通信协议是否一致；

步骤4：控制箱解析校验合格的数据、查询RFID无源抗金属标签的ID号对应的机车编号和机车载矿容积，同时根据信号强度计算机车位置；若机车处于预设范围区域一且判断机车不处于停车状态，则执行步骤5；若机车处于预设范围区域一且判断机车处于停车状态，则执行步骤7；若机车处于预设范围区域二且判断机车不处于停车状态，则执行步骤6；若机车处于预设范围区域二且判断机车处于停车状态，则执行步骤7；若机车处于预设范围区域三，则执行步骤7；否则执行步骤2；

所述预设范围区域一位于机车去往溜井卸矿处方向的巷道内，较好的，距溜井卸矿处20～30米；所述预设范围区域二位于设置水雾化喷嘴组的巷道和溜井卸矿处；所述预设范围区域三位于机车驶离溜井卸矿处方向的巷道内，较好的，距溜井卸矿处20～30米；

步骤5：控制超声波喷嘴组开启，并执行步骤2；

步骤6：控制超声波喷嘴组开启，同时根据机车载矿容积调节高压喷嘴组对应的电磁阀的开度进而控制高压喷嘴组喷水量的大小，特别的，当机车载矿容积为0则高压喷嘴组对应的电磁阀的开度为0，并执行步骤2；

其中，机车载矿容积与电磁阀的开度之间的关系是一种非线性关系，其物理公式为：

$Z=a\sqrt{x}$

其中a为系数，根据具体实际情况(矿石含水率、矿石颗粒大小、水管孔径、气管孔径、水压、气压、气液比等)取值，x为车厢容积，Z为开度；

步骤7：延时控制超声波喷嘴组和高压喷嘴组关闭，并执行步骤2。

本发明的原理为：

本发明以带有RFID读卡天线的RFID读卡器模块读取安装在机车上的RFID无源抗金属标签，并在控制箱的CPU设定数据库中查询标签ID号对应的机车编号和类型(包括轻车、重车、巡检车等)，同时根据接收信号强度计算机车与RFID读卡天线的距离，实现对机车的识别和局部定位；

喷雾作业可针对机车编号、机车容积、位置和运动状态进行调控：当检测到机车未达到溜井卸矿时提前开始喷雾作业，即在机车到达区域一且未处于停车状态，控制高压喷嘴组对应的电磁阀开启并控制开启水量，提前喷雾，创造潮湿环境，制造隔离雾墙，防止卸矿时粉尘大面积扩散；当检测到机车到达溜井卸矿处开始卸矿时，即在机车进入区域二且未处于停车状态时，再控制超声波喷嘴组对应的电磁阀开启并控制开启水量，进行快速高效的降尘作业；当检测到机车离开溜井卸矿处后或者由于意外状况处于停车状态时，即当机车进入区域三时，延迟控制，确保较好的降尘效果；当检测不到机车的信号后，再控制高压喷嘴组和超声波喷嘴组的电磁阀关闭，结束降尘作业。并且工作人员可以根据实际工况通过控制箱上的按钮自行设定和修改时间参数和RFID读卡设备的安装距离，优化降尘效果。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明具有根据RFID识别的机车类型(不同装矿容积的机车)自动前馈控制，防止粉尘扩散，直接在粉尘源头除尘，节约水资源，改善铁矿井下工作环境，有效防止粉尘对人体的侵害适，合铁矿溜井除尘的需求。

附图说明

图1、本发明装置示意简图。

图中，1：机车；2：RFID无源抗金属标签；3：RFID读卡天线A；4：RFID读卡器模块A；5：RFID读卡天线B；6：RFID读卡器模块B；7：串行通信总线；8：控制箱；9：电磁阀A；10：电磁阀B；11：电磁阀C；12：水雾化喷嘴组A；13：水雾化喷嘴组B；14：水雾化喷嘴组C；15：供水供气管。

图2、本发明控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明装置中的零部件均为市购。

实施例1

一种铁矿溜井智能喷雾降尘装置，如图1所示，包括RFID无源抗金属标签2、RFID读卡设备、控制箱8和喷雾装置；

所述的RFID无源抗金属标签2设置于矿井的机车1车头，包含提前写入标签的各类机车信息，并能够发射固定强度的含有该标签ID号的信号；该标签2在铁矿环境中有良好的抗金属干扰性，不需要配备电池等电源，用耐高温工程ABS塑料封装，极易维护；

所述的RFID读卡设备用于读取RFID无源抗金属标签2发射的信号，由RFID读卡器模块和RFID读卡天线组成，一般配备1到3套就可以覆盖溜井卸矿区域；本实施例中配备两套超高频RFID读卡设备，即RFID读卡天线A3和RFID读卡器模块A4为一套读卡设备，RFID读卡天线B5和RFID读卡模块B6为一套读卡设备，RFID读卡模块为900MHZ超高频射频读卡器，对应天线为圆极化读卡天线，这两套设备读卡速度快，安装在铁轨正上方，读卡距离为15米左右，可以覆盖30米左右的区域；

所述的喷雾装置用于喷雾降尘，包括供水供气管15和带有电磁阀的水雾化喷嘴组，水雾化喷嘴组位于供水供气管路的末端，所述的带有电磁阀的水雾化喷嘴组分为超声波喷嘴组和超声波喷嘴组，水雾化喷嘴组可配备若干组，本实施例中配备2组带有电磁阀的超声波喷嘴组，分别为电磁阀A9、水雾化喷嘴组A12和电磁阀C11、水雾化喷嘴组C14，水雾化喷嘴组A12设置于机车驶向溜井卸矿处方向的巷道上方，水雾化喷嘴组C14设置于机车驶离溜井卸矿处方向的巷道上方，所述超声波喷嘴组采用数个超声波喷头，能够将水雾化成几微米大小的液滴，当电磁阀A9和电磁阀C11开启，水雾化喷嘴组A12和水雾化喷嘴组C14喷水能够制造出水雾墙，防止卸矿时粉尘大面积扩散；配备1组带有电磁阀的高压喷嘴组，为电磁阀B10、水雾化喷嘴组B13；高压雾化喷头设置于溜井卸矿处的上方，高压雾化喷头能够产生较大的打击力，达到镇尘、降尘的效果；

所述的控制箱8位于控制室；控制箱8一端与RFID读卡器模块A4、B6通过RS-485串行通信总线7传输数据，一方面用于接收RFID读卡器模块A4、B6读取到的RFID无源抗金属标签ID号和信号强度等数据，并对数据进行校验，确认信息有效后解析数据，进而对机车进行装矿容积识别、定位和运动状态分析，另一方面用于给RFID读卡器模块A4、B6发送指令；控制箱8另一端与喷雾装置的电磁阀A9、B10、C11连接，用于控制电磁阀的开启和开度。

实施例2

实施例1中铁矿溜井智能喷雾降尘装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：将每个机车的机车编号和机车载矿容积等信息写入对应的电子标签；

步骤2：控制箱发送指令，控制RFID读卡器模块通过RFID读卡天线进行扫描；若扫描到RFID无源抗金属标签，则执行步骤3，否则继续执行步骤2；

步骤3：将扫描得到的RFID无源抗金属标签的ID号和信号强度由RFID读卡器模块传输给控制箱；控制箱内的CPU将接收到的数据进行校验，若校验通过则执行步骤4，否则执行步骤2；

其中，控制箱内的CPU将接收到的数据进行校验的方法是：RFID读卡器模块和控制箱中已编码内部通信协议，控制箱内的CPU识别RFID读卡器模块传出的数据中的内部通信协议与控制箱的内部通信协议是否一致；

步骤4：解析校验合格的数据，查询RFID无源抗金属标签的ID号对应的机车编号和机车容积，同时根据信号强度计算机车位置；若机车处于预设范围区域一且判断机车不处于停车状态，则执行步骤5；若机车处于预设范围区域一但判断机车处于停车状态，则执行步骤7；若机车处于预设范围区域二且判断机车不处于停车状态，则执行步骤6；若机车处于预设范围区域二但判断机车处于停车状态，则执行步骤7；若机车处于预设范围区域三，则执行步骤7；否则执行步骤2；

所述预设范围区域一位于机车去往溜井卸矿处方向且距溜井卸矿处20～30米的巷道内；所述预设范围区域二位于设置水雾化喷嘴组的巷道和溜井卸矿处；所述预设范围区域三位于机车驶离溜井卸矿处方向且距溜井卸矿处20～30米的巷道内；

上述的根据信号强度计算机车位置的计算公式如下：

以读卡器A4的安装位置为坐标轴原点，读卡器B6坐标为d，从左往右为坐标轴正方向；

若读卡器A4读到标签，读卡器B6未读到标签，则机车坐标y为：

$y=-d_0{10}^{\left(\frac{RSS0-RSS1}{10n}\right)}$

若读卡器A4读到标签，读卡器B6读到标签，则机车坐标y为：

$y=\frac{d_0}{2}\[d+{10}^{\left(\frac{RSS0-RSS1}{10n}\right)}-{10}^{\left(\frac{RSS0-RSS2}{10n}\right)}\]$

若读卡器A4未读到标签，读卡器B6读到标签，则机车坐标y为：

$y=d+d_0{10}^{\left(\frac{RSS0-RSS2}{10n}\right)}$

其中：y为机车坐标，d₀为参考距离，n为实测路径损耗指数，RSS0为在实际环境中电子标签位于参考距离处的信号强度，RSS1为读卡器A4读到标签的信号强度，RSS2为读卡器B6读到标签的信号强度；

步骤5：控制超声波喷嘴组开启，并执行步骤2；

步骤6：控制超声波喷嘴组开启，同时根据机车载矿容积调节高压喷嘴组对应的电磁阀的开度，进而控制高压喷嘴组B13喷水量的大小，特别的，当机车载矿容积为0则高压喷嘴组B13对应的电磁阀B10的开度为0；并执行步骤2；

其中，机车载矿容积与电磁阀的开度之间的关系是一种非线性关系，其物理公式为：

$Z=a\sqrt{x}$

其中a为系数，根据具体实际情况(矿石含水率、矿石颗粒大小、水管孔径、气管孔径、水压、气压、气液比等)取值，x为车厢容积，Z为开度；

步骤7：延时控制超声波喷嘴组和高压喷嘴组关闭，并执行步骤2。