煤矿采煤工作面综合控制系统的制作方法

专利名称：煤矿采煤工作面综合控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到煤矿采煤工作面(普采、高档、综采、综放)使用的防爆型多功能综合控制系统。采用有线/无线方式控制采煤工作面信号、采煤机、刮板运输机。尤其是本实用新型中采煤工作面设备无线遥控操作技术应用，采煤工作面瓦斯实时监控系统，采煤机电动机、刮板运输机电动机超温实时监控系统的应用。
目前，煤矿采煤工作面使用的刮板运输机操作方式，一是采用操作线把来自刮板运输机真空起动器的控制回路，经采煤工作面敷设到刮板运输机头，由刮板运输机司机操作，二是采用集中控制方式在采煤工作面移动变电站由专人听信号操作。以上两种操作方式的弊端是在采煤工作面中突然发生事故时，采煤工作面工作人员无法及时停止刮板运输机，由此可造成人身或机械事故。
目前，煤矿采煤工作面采煤机的控制方式，一是采用技术陈旧的动力线载波控制，二是采用价格昂贵的多芯动力电缆控制。在采煤工作面中采煤机司机在操作采煤机时，就需要时刻不能离开采煤机控制台，在采煤工作面地质条件恶劣的情况下对采煤机司机的人身安全、设备安全就造成很大的威胁。
目前，煤矿采煤工作面瓦斯爆炸时有发生，人员伤亡惨重，究其原因是采煤工作面缺少有效的瓦斯实时监控，在出现瓦斯突出时不能及时停电、撤人。
目前，煤矿采煤工作面刮板输送及采煤机配套电动机功率越来越大，设备昂贵，但对大功率电动机的超温保护功能却无法满足实际生产需要，烧毁大功率电动机时有发生，既影响了生产时间又造成资金浪费。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在煤矿(普采、高档、综采、综放)采煤工作面刮板运输机头处设置防爆主控制箱。采煤工作面刮板运输机尾处设置防爆副控制箱。在采煤工作面中每15米设置一个小型防爆辅助控制箱。在工作面采煤机控制台中设置采煤机固定无线遥控发射机。采煤工作面现场管理人员及采煤机司机、刮板运输机司机随身配带便携式无线遥控器。所有控制箱均设有手控按钮及遥控接收解码电路，在采煤工作中形成一个链式接收控制系统，在工作面中可以采用有线、无线方式控制采煤工作面设备，一切尽在掌握之中，使采煤工作面达到现代化管理操作。
本实用新型有益的效果是，可以在煤矿采煤工作面中，使用有线、无线方式控制采煤工作面的信号，刮板运输机，采煤机。设有采煤工作面瓦斯安全实时监测系统及设备安全实时监控系统。淘汰落后的采煤工作面采煤机载波控制方式及昂贵的多芯电缆控制方式，减少采煤工作面设备投资，提高采煤工作面安全生产管理水平。
以下结合附图及示例对本实用新型工作原理进一步说明。


图1是本实用新型在采煤工作面安装示意图图2是本实用新型在采煤工作面系统接线图图3是本实用新型主控制箱电原理图图4是本实用新型副控制箱电原理图图5是本实用新型辅助控制箱电原理图图6是本实用新型采煤机固定遥控发射机原理图图7是本实用新型便携式遥控发射机原理图图8是本实用新型遥控接收解码电原理图具体实施方式
在
图1中1.主控制箱，2.副控制箱，3、4、5、X.辅助控制箱，6.遥控器，7.瓦斯传感器，8.控制按钮，9、10.刮板运输机尾电动机温度传感器，11、12.刮板输送机头电动机温度传感器，13.采煤机固定发射机，14.设备供电站，15.移动变电站，16.工作面进风方向，17.运输采煤机落煤面前刮板运输机“A”，18.运输放顶落煤面后刮板运输机“B”，19.采煤机，20.运输转载机，21.运输转载机起动器，22.采煤机电动机温度传感器，23.工作面回风方向，24、25.刮板运输机尾电动机，26、27.刮板运输机头电动机，28.面后“B”刮板运输机尾，29.面前“A”刮板运输机尾，30.面后“B”刮板运输机头，31.面前“A”刮板运输机头，32.运输转载机头，33.运输转载机配套电动机，34.主采煤层采煤方向，35.七芯控制线，36.四芯信号线，37.发射、接收天线。
在图2中1.移动变电站，2.采煤机真空起动器，3.运输放顶落煤刮板运输机“B”真空起动器，4.运输采煤机落煤刮板运输机“A”真空起动器，5.工作面信号综合保护器，6.采煤机真空起动器操作电缆，7.刮板运输机真空起动器操作电缆，8.信号电缆，9.副控制箱，10.刮板运输机尾电动机温度传感器，11.辅助控制箱，12.主控制箱，13.操作按钮，14.瓦斯传感器，15.刮板运输机头电动机温度传感器，16.运输转载机真空起动器，17.工作面七芯控制电缆，18.工作面四芯信号线，19.QJZ-300真空起动器操作控制原理(1ZJ直流中间继电器)。
在图3中金属膜电阻JR1/4WR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R10、R13、R14、R15、R16、R19、R22、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31，3.3KΩ；R8、R9、R17、R20、R23，47KΩ；R11、R12、R18、R21，10KΩ；R32、R33，3.3Ω/8W；电解电容C1，2200UF/35V；C4、C8、C11、C12，100UF/25V；C9，1UF/25V；涤纶电容C2、C3、C7、C10、C13，0.1UF/63V；C5、C6，0.01UF/250V；晶体管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，1N4001；D8、D9、D10，稳压5.6V/0.5W；LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8普通型发光二极管；T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9，S8050；集成电路IC1，LM7812；IC2、IC3，TWH8778；IC4，遥控接收解码模块TC2068CK；IC5，CD4013；IC6，LM78L05；IC7、IC8，4N35；桥式整流器QL1、QL2，2A/200V；保险管FUSE1、FUSE6、FUSE4、FUSE5，0.5A/250V；FUSE2、FUSE3，2A/250V；小型双触点继电器(JRC-19F)J2、J3、J4、J5、J6线圈电压12V；J7、J8线圈电压6V；中功率(JQX-14F)双触点继电器J1线圈电压12V；高响度信号器HD，工作电压9-12V；控制变压器B1，30VA/U1~127V/U2~15V；信号变压器B2，10VA/U1~127V/U2~9V；在图4中金属膜电阻JR1/4WR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R10、R15、R18、R21、R22、R23、R24、R25、R26，3.3KΩ；R8、R9、R17、R20，47KΩ；R11、R12、R13、R16、R19，10KΩ；R14，*220KΩ；R27，3.3Ω/8W；涤纶电容C1、C2、C14，0.01UF/250V；C4、C7、C9、C10、C12、C15、C17，0.1UF/63V；电解电容C18，2200UF/35V；C5、C6、C8、C13、C16，100UF/25V；C3，1UF/25V；C11，10UF/25V钽；晶体管D1、D2、D3、D4、D5，1N4001；D6、D7、D8、D9，稳压5.6V/0.5W；T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7，S8050；LED1、LED2、LED3、LED4、LED5，普通型发光二极管；集成电路IC1，LM7812；IC2，TWH8778；IC3，遥控接收解码模块T2068CK；IC4，CD4013；IC5，LM78L05；IC6，NE555；IC7，4N35；保险管FUSE1、FUSE4、FUSE5，0.5A/250V；FUSE2、FUSE3，2A/250V；桥式整流器QL1、QL2，2A/100V；小型双触点继电器(JRC-19F)J2、J3、J4、J5线圈电压12V；中功率双触点继电器(JQX-14F)J1线圈电压12V；高响度信号器HD，工作电压9-12V；控制变压器B1，30VA/U1~127V/U2~15V；信号变压器B2，10VA/U1~127V/U2~9V；在图5中金属膜电阻JR1/4WR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R9，3.3KΩ；R8，10KΩ；R10，3.3Ω/5W；电解电容C1，2200UF/35V；C3、C6、C8，100UF/25V；涤纶电容C2、C4、C7，0.1UF/50V；C5，0.01UF/250V；晶体管D1，1N4001；D2、D3，稳压5.6V/0.5W；T1，S8050；集成电路IC2、IC3、IC4，TWH8778；IC1，LM7812；桥式整流器QL1、QL2，2A/200V；保险管FUSE1、FUSE4，0.5A/250V；FUSE2、FUSE3，2A/250V；LED1，普通型发光二极管；中功率双触点继电器(JQX-14F)J1线圈电压12V；高响度信号器HD，工作电压9-12V；控制变压器B1，30VA/U1~127V/U2~15V；信号变压器B2，10VA/U1~127V/U2~9V；接收解码IC5，T2068CK。
在图6中电阻R1、R2、R3、R4，10KΩ；R5、R6、R7、R8，3.9KΩ；R9，470KΩ；R10，47KΩ；R11，10KΩ；R12，10KΩ；R13、R14、R15、R16、R18，3.3KΩ；R17，47KΩ；R19，330Ω；R20，5KΩ；R21，1Ω；R22，100Ω；R23，270 Ω；RP，4.7KΩ；高频电容C1，15P；C2，5P；涤纶电容C3、C5、C7，0.1UF；电解电容C4，2200UF/35V；C6，100UF/25V；电感L1，7T；L2，4T；晶体管D1、D2、D3、D4，1N4148；D5、D6，1N4001；T1、T3、T4，S8050；T2，C3354；T5，TIP122；集成电路IC1，PT2262-S；IC2，4N35；IC3，LM7812；LED1、LED2、LED3、LED4、LED5，普通型发光二极管；FUSE1，1A/250V；小型双触点继电器(JRC-19F)J1，线圈电压12V；QL1、QL2，2A/200V；SAW，315MHZ；控制变压器B1，50VA/U1~660V/U2~1140V/U3~16V/U4~12V；E，12V镍镉电池组。
在图7中电阻R1、R2、R3、R4，10KΩ；R5、R6、R7、R8，3.9KΩ；R9，470KΩ；R10，47KΩ；R11，10KΩ；R12，10KΩ；R13，330Ω；R14，5KΩ；R15，1Ω；R16，100Ω；R17，270Ω；RP，4.7KΩ；高频电容C1，15P；C2，5P；C3，0.1UF；晶体管D1、D2、D3、D4，1N4148；D5、D6，1N4001；T1、T3，S8050；T2，C3354；T4，TIP122；集成电路IC1，PT2262-S；SAW，315MHZ；FUSE1，0.5A/250V；小型双触点继电器(JRC-19F)J，线圈电压9V；E，12V镍镉电池组。充电变压器B1，30VA/U1~220V/U2~16V/U3/~16V。
在图8中电阻R1、R4、R6，47KΩ；R2，1KΩ；R3，150Ω；R5、R9，120KΩ；R7，27KΩ；R8，39KΩ；R10，4.7MΩ；R11，470KΩ；R12，200KΩ；R13、R16，10KΩ；R14，620Ω；高频电容C1，7P；C2、C9、C10，3P；C4、C5、C11、C13，0.1UF；C6，2P；C7，330P；C8，33P；C12，4700P；电解电容C3，100UF/25V；晶体管T1、T2，9018；集成电路IC1，78L05；IC2，LM358；IC3，PT2272-L4；L1，3T；L2，1UH；L3，9T。
在图3所示实施例中主控制箱设在采煤工作面刮板运输机头处，采煤工作面安全出口回风侧，运输巷(
图1中主控制箱1)，主控制箱供电最高电压AC127V，轻型防爆外壳(300mm×200mm×150mm)、小型带有保险盖的新型薄膜键盘组合控制按钮(150mm×100mm×80mm)(宽×高×深)(
图1中控制按钮8)，KG9701数字式瓦斯传感器(
图1中瓦斯传感器7)，Ex成品，上限时输出高电平。JWH2-12温度传感器2只(
图1中温度传感器11、12)，Ex成品，上限时输出高电平。控制工作面信号原理当按下主控制箱信号控制按钮(SIGNAL)，或按下采煤机固定发射机(图6)信号按钮(D键)及遥控器(图7)的信号按钮(D键)时，遥控接收解码模块D端输出高电平，T1高电平导通J1吸合，J1-1闭合，信号器得电发出相应信号，J1-2闭合，显示板LED2点亮。J1不自锁，松开按钮时释放，信号器停止发声。控制采煤工作面刮板运输机原理综放型采煤工作面中设有两部刮板运输机，第一部是面前刮板运输机“A”用于运输工作面采煤机落煤(
图1中刮板运输机17)，第二部是面后刮板运输机“B”用于运输工作面放顶落煤(
图1中刮板运输机18)。非综放型采煤工作面中只有一部刮板运输机，与综放型采煤工作面刮板运输机控制原理相同。下面就以综放型采煤工作面控制刮板运输机“A”说明控制原理当刮板运输机司机发出或接到起动刮板运输机信号后，按下刮板运输机的起动(MOTIVE)按钮，来自刮板运输机真空起动器(QJZ-300)控制回路的K4、K2闭合，(图2中真空起动器控制回路19)(K2→J2-2→J7-2→J6-1→STOP→MOTIVE→IC8→K4)，(图2中操作线7)，刮板运输机真空起动器闭合，刮板运输机得电运行，IC8 1-2端有电流通过，IC8 4-5端导通，T4高电平导通，J4吸合，J4-1闭合，刮板运输机自保运行，J4-2闭合，显示板中LED6点亮。停止工作面刮板运输机时按下停止按钮，J4释放，断开刮板运输机真空起动器控制回路。控制工作面采煤机原理当主控制箱接收到来自采煤机司机用煤机固定发射机(A键)(
图1中发射机13)，或遥控器(A键)(
图1中遥控器6)，发出起动采煤机指令时，遥控接收解码模块A端输出高电平，IC2模拟开关输入端(5脚)呈高电平、IC2输出端(2-3脚)输出高电平，经M1控制线(图2中控制线17)，传输到副控制箱(图4)，控制采煤机起动。当接收到停止采煤机指令(B键)时，IC4遥控接收解码模块B端输出高电平，IC3模拟开关输入端(5脚)呈高电平、IC3输出端(2-3脚)输出高电平，经M2控制线传输到副控制箱停止采煤机运转。有关采煤机控制原理在副控制箱具体实施方式
中详细说明。刮板运输机起动前安全措施1.主控箱在送电后首先由C9执行IC5复位，J2释放，J2-1、J2-2闭合，同时为两部刮板运输机起动提供了必要条件。
2.由KG9701瓦斯传感器及T9组成的瓦斯超限保护电路，执行采煤工作面瓦斯气体含量检测，采煤工作面气体正常时(＜1％)，(Q端)输出低电平，T9截止，J7、J8释放，J7-1、J7-2闭合为工作面两部刮板运输机起动提供必要条件，J8-1断开，为采煤机的起动提供了必要条件，J8-2闭合为运输转载机起动提供必要条件。
3.采煤工作面两部刮板运输机头电动机温度正常＜80℃时，两只JWH2-12温度传感器(W1、W2端)输出低电平，T7、T8截止，T5、T6导通，J5、J6吸合，J5-1、J6-1闭合，为刮板运输机起动提供了一个必要条件。如被保护的电动机内部有温度热敏保护线，可以省去温度传感器，将U2接点与W1，W2相连，再将两部电动机的温度热敏保护线两端分别接在G接点与W1，W2相连，电动机冷态时，温度热敏保护线呈低电阻，W1、W2端低电平，T7、T8截止，T5、T6导通，J5、J6吸合，J5-1、J6-1闭合，为刮板运输机起动提供必要条件。
4.采煤工作面127V信号电源供电必须正常，否则无法起动刮板运输机及采煤机。刮板运输机运行中安全措施1.采煤工作面刮板运输机在运行中，工作面出现紧急情况，工作面工作人员可就近操作任一控制箱(
图1中控制箱1、2、3、4、5、X)按下闭锁按钮(OFF)，或用手持遥控器(C键)、采煤机固定发射机(C键)，发出闭锁刮板运输机指令时，距遥控器最近的控制箱遥控接收解码模块“C”端输出高电平。通过控制线(OFF)馈来高电平信号，IC5触发器(C端呈高电平)电路反转，Q端输出高电平，T2导通，J2吸合，J2-1、J2-2断开，刮板运输机停止运行，刮板运输机停止后，操作电路将自动复位，显示板中发光管LED8点亮。等待处理完紧急情况后，重新按下闭锁按钮(OFF)或采煤机固定发射机(C)键，遥控器(C键)以解除对刮板运输机闭锁保护，发出起动刮板运输机信号后刮板运输机司机可重新起动刮板运输机。由于工作面“B”刮板运输机是用于运输工作面放顶落煤(
图1中刮板运输机18)，可根据工作面实际情况解除其闭锁功能，将K置于“1”端，闭合J2-1常闭接点。使闭锁功能只对“A”刮板运输机有效(
图1中刮板运输机17)。在主控箱外设的控制按钮中设有一个带保险盖的(闭锁/解锁)控制按钮OFF(图2中控制按钮13)，刮板运输机司机可根据工作面现场实际情况解除对刮板运输机闭锁保护，接到或发出起动刮板运输机信号后重新起动刮板运输机。
2.刮板运输机运行中若出现采煤工作面瓦斯含量大于1％时，KG9701瓦斯传感器(Q)端输出高电平并发出声光报警(图2中瓦斯传感器14)，T9导通，J7、J8吸合，J7-1、J7-2、J8-2常闭点断开，工作面两部刮板运输机及下一级转载运输机断电停止运行，同时J8-1常开点闭合，IC3输出高电平经M2控制线馈到副控制箱，此时如工作面采煤机处在运转状态将立即停止采煤机运转，如采煤机处在停止状态时将无法起动采煤机。显示板中发光管LED7点亮，显示执行了瓦斯超限保护状态，此时工作面管理人员应立即撤出所有工作面人员到安全地点。
3.主控制箱内设有两路刮板运输机电动机超温保护电路，刮板运输机运行过程中，如刮板运输机头电动机出现过负荷运行或冷却系统出现故障，电动机温度＞80℃时，JWH2-12温度传感器W1、W2端输出高电平(图2中温度传感器15)，T7、T8导通，T5、T6截止，J5、J6释放，J5-1、J6-1断开，刮板运输机停止运行。同时J5-2、J6-2闭合，显示板LED3、LED4发光。使用电动机温度热敏保护线时，(温度热敏保护线连接方法上面已经说明)电动机超温时，温度热敏保护线呈高电阻，W1、W2端高电平，T7、T8导通，T5、T6截止，J5、J6释放，断开刮板运输机控制回路。待电动机冷却后方可重新起动刮板运输机。其它安全措施1.主控制箱中设有两路刮板运输机的自保运行接点J3-1、J4-1，而不采用刮板运输机真空起动器本身自保接点，此设计目的是保护在正常运行下的刮板运输机，在工作面信号供电突然故障性中断后，J3、J4立即释放，J3-1、J4-1断开，刮板运输机立即停止运行，有效避免工作面刮板运输机在无信号供电的状态下继续运行。
2.电动机超温保护功能采用常开接点，此设计目的是保护刮板运输机起动前，工作面信号供电中断，J5、J6释放，J5-1、J6-1断开，刮板运输机将无法起动，有效避免了刮板运输机在无信号供电的状态下起动。
3.主控制箱是应用在采煤工作面刮板运输机头处(
图1)，刮板运输机司机可通过控制按钮对工作面进行全方位控制，也可以使用遥控器对工作面执行信号操作、闭锁刮板运输机操作、闭锁采煤机操作。可有效避免采煤工作面各种安全事故的发生。
4.由于此控制系统应用在采煤工作面特殊性，故采用了各种防爆措施，采用光电耦合器，外接控制线达到绝对安全火花电流以下，使用双证齐全的传感器，使控制系统的各种保护功能更安全、有效。控制箱电源采用浮地供电方式，可使控制箱的控制传输线在工作面中对地发生短路和漏电时，也不会产生大的电流。元器件采用高可靠性工业级产品，采用防潮、防砸、防振、防误操作等方法。遥控接收解码组件采用高可靠性的工业级晶体稳频组件，绝不会产生误码现象。信号系统采用高响度信号器HD。
5.主、副、辅助控制箱在工作面中就如同蜂窝移动电话的基站一样，发射机、遥控器距离最近的接收箱最有控制优先权。
6.主控制箱控制按钮(
图1中控制按钮8)为方便司机操作采用组合式按钮，采用以下防误操作措施刮板运输机“A、B”起动按钮(MOTIVE)，闭锁/解锁(OFF)按钮均设有保险盖，操作时必须先打开保险盖才能进行相关操作，杜绝误操作现象。
7.主控制箱、辅助控制箱、副控制箱控制线之间采用一路七芯Φ1.02mm的操作线连接，信号线采用一路四芯Φ1.02mm操作线连接。
在图4所示实施例中副控制箱设在采煤工作面刮板运输机尾处，采煤工作面安全出口进风侧，轨道巷(
图1中副控制箱2)，与采煤工作面移动变电站同一巷道(
图1中移动变电站15)，副控制箱供电最高电压AC127V，设有轻型防爆外壳(300mm×200mm×150mm)，外壳面板设有信号按钮，带保险盖的刮板运输机闭锁按钮。在采煤工作面刮板运输机尾工作人员可操作工作面信号及刮板运输机的闭锁功能(
图1中刮板运输机尾28、29)。闭锁刮板运输机按钮设有保险盖的作用是防止工作人员误操作，以避免工作面刮板运输机在重载下频繁起动、停止，减少机械事故。控制工作面信号原理当按下副控制箱信号控制按钮(SIGNAL)、采煤机固定发射机信号按钮(D键)(图6)、遥控器信号按钮时(D键)(图7)，遥控接收解码模块D端输出高电平，T1高电平导通J1吸合，J1-1闭合，信号器HD得电发出相应信号。控制工作面采煤机原理当工作面采煤机司机按下采煤机控制台固定发射机(A键)(
图1中煤机固定发射机13)，或用遥控器(A键)(
图1中遥控器6)发出起动采煤机指令时，T2068CK接收解码电路(A)端输出高电平，IC4(CD4013)的S端通过控制线M1接收来自采煤工作面中任何一部控制箱(
图1中控制箱1、2、3、4、5、X)的高电平信号时，电路状态反转，Q端输出高电平，T2导通，J2吸合，J2-1，J2-2闭合，此时控制采煤机会有以下三种状态1.正常状态采煤机真空起动器供电正常(图2中采煤机真空起动器2)，K2、K4电压正常(图2中真空起动器控制回路19)，IC7 1-2端有电流，采煤机立即正常起动，IC7 4-5端导通，T3基极箝位在低电平，闭锁IC6延时复位电路，J3保持释放状态不变，显示板中LED5发光指示采煤机运转，IC4保持工作状态不变，J2维持吸合，采煤机正常运转。
2.延时复位状态采煤机真空起动器处在停电检修时，K2、K4无电压(图2中真空起动器控制回路19)，IC7 1-2端无电流，4-5端截止，延时复位电路投入工作，延时5秒后，IC6 3端输出高电平，T3导通，J3吸合，J3-1闭合，IC4 R端呈高电平电路反转，Q端输出低电平，T2截止，J2释放，J2-1、J2-2断开，IC4电路恢复为初始状态，避免了采煤机真空起动器停电检修恢复送电造成采煤机非正常运转。
3.紧急复位状态采煤机正常运转过程中，采煤机真空起动器突然出现故障性供电中断，K2、K4电压消失(图2中真空起动器控制回路19)，IC7 1-2端无电流，4-5端截止，因IC63端在煤机起动5秒后已保持在高电平状态，T3基极失去IC7 4-5端低电平箝位，T3立即导通，J3吸合，J3-1闭合，IC4 R端呈高电平电路反转，Q端输出低电平，T2截止，J2释放，J2-1、J2-2断开，IC3电路恢复为初始状态，避免了因采煤机真空起动器恢复送电造成采煤机非正常运转。
当采煤机正常运转状态下，用煤机固定发射机(B键)或遥控器(B键)发出停止采煤机指令时，T2068CK接收解码电路(B)端输出高电平。IC4(CD4013)的R端通过控制线M2接收来自采煤工作面任何一部控制箱输出的高电平信号时，电路反转，IC4复位，Q端输出低电平，T2截止，J2释放，J2-1、J2-2断开，IC7截止，采煤机真空起动器断开(图2中真空起动器控制回路19)，采煤机停止运行。
使用遥控器起动采煤机的使用权限只限于工作面采煤机司机，采煤机固定发射机及采煤机司机使用的遥控器有最高使用权限。其他工作面管理人员的遥控器只能使用信号、停止采煤机、闭锁刮板输送机功能。采煤机起动前安全措施1.副控制箱在送电后首先由C3执行IC4复位，Q端低电平，为起动采煤机做好准备。
2.采煤机电动机温度必须在正常范围内＜80℃，否则无法起动采煤机。
3.工作面瓦斯气体必须正常＜1％，否则将无法起动采煤机及刮板运输机。
4.采煤工作面127V信号电源供电必须正常，否则无法起动采煤机及刮板运输机。
5.采煤机真空起动器供电必须正常。
采煤机运行中安全措施1.运行中的采煤机如出现采煤机真空起动器故障性断电将会自动执行采煤机控制电路IC4复位。
2.在采煤机运行过程中，如采煤机附近出现紧急情况采煤机司机可通过采煤机固定发射机或遥控器发出信号、停止采煤机、闭锁刮板运输机的指令。
3.采煤机运行过程中，如工作面出现瓦斯气体超限＞1％时，由主控制箱(图3)J8-1、IC3、经控制线M2馈来高电平信号，IC4 R端呈高电平，IC4复位，Q端低电平，T2截止，J2释放，停止采煤机运转。
4.当运行中的采煤机当出现过负荷、供电缺相或冷却系统出现故障时，电动机温升到达极限值＞80℃时，设在采煤机电动机控制台内部的温度传感器输出高电平，采煤机固定发射机将自动发出停止采煤机指令(B键)，采煤机停止运转(图6)。保护功能工作原理在采煤机固定发射机原理中有详细说明。其它安全措施1.副控制箱内设有两部刮板运输机尾电动机保护电路，采煤工作面两部刮板运输机尾电动机(
图1中刮板运输机电动机24、25)温度正常＜80℃时，JWH2-12温度传感器(W1、W2)端输出低电平(图2中温度传感器10)，T6、T7截止，T4、T5导通，J4、J5吸合，J4-1、J5-1闭合，为刮板运输机起动提供了一个必要条件，如出现电动机过负荷或冷却系统故障导致电动机超温时＞80℃，JWH2-12温度传感器输出高电平，T6、T7导通，T4、T5截止，J4、J5释放，J4-1、J5-1断开，断开刮板运输机控制回路，刮板运输机停止运转，J4-2、J5-2闭合，显示板发光管LED3、LED4发光。如被保护的电动机内部有超温热敏保护线，可以省去温度传感器，将U2接点与W1，W2相连，再将两台电动机的超温热敏保护线两端相对应接在G接点与W1，W2相连，电动机冷态时，保护线呈低电阻，W1、W2端低电平，T6、T7截止，T4、T5导通，J4、J5吸合，刮板运输机正常运行。电动机超温时，超温热敏保护线呈高电阻，W1、W2端呈高电平，T6、T7导通，T4、T5截止，J4、J5释放，J4-1、J5-1断开刮板运输机控制回路。
2.由于此控制系统应用在采煤工作面特殊性，故采用了各种防爆措施，采用光电隔离器件，控制线达到绝对安全火花电流以下，使控制系统的各种扩展保护功能更安全。主控制箱电源采用浮地供电方式，可使控制箱的控制传输线在工作面中对地发生短路或漏电时，也不会产生大的电流。元器件采用高可靠性工业级产品，采用防潮、防振、防砸、防误操作等方法。遥控接收解码组件采用高可靠性的工业级晶体稳频组件，绝不会产生误码现象。信号系统采用高响度信号器HD。
3.副控制箱是应用在采煤工作面刮板运输机尾处(
图1)，工作面管理人员可通过控制箱控制按钮或使用遥控器对工作面执行信号操作、闭锁刮板运输机操作、闭锁采煤机操作。可有效避免采煤工作面各种安全事故的发生。
4.主、副、辅助控制箱在工作面中就如同蜂窝移动电话的基站一样，发射机、遥控器距离最近的接收箱最有控制优先权。
5.主控制箱、辅助控制箱、副控制箱控制线之间采用一路七芯Φ1.02mm的操作线连接，信号线采用一路四芯Φ1.02mm操作线连接。
在图5所示实施例中辅助控制箱设置在工作面中(
图1中辅助控制箱3、4、5、X)，最高工作电压AC127V，设有轻型防爆外壳(250mm×150mm×100mm宽×高×深)，外壳面板设有信号按钮，带保险盖的刮板运输机闭锁按钮。在采煤工作面中工作人员可就近操作工作面信号控制及刮板运输机的闭锁控制功能。闭锁刮板运输机按钮设有保险盖的作用是防止工作人员误操作，以避免工作面刮板运输机在重载下频繁起动、停止，减少机械事故。辅助控制箱在采煤工作面中的安装距离应附合《煤矿安全规程》2001版有关规定采煤工作面每15M必须设置能发出信号、停止刮板运输机装置的有关规定。辅助控制箱中均设有遥控接收模块，可在工作面任何位置使用煤机固定发射机或遥控器可靠控制信号、采煤机、刮板运输机的各种控制功能。
控制工作面信号原理当按下辅助控制箱信号控制按钮(SIGHAL)或采煤机固定发射机(D键)(图6)，及遥控器的信号按钮(D键)时(图7)，遥控接收解码模块D端输出高电平，T1高电平导通J1吸合，J1-1闭合，信号器得电发出相应信号。
控制刮板运输机原理当正常运行的刮板运输机出现紧急情况时，工作面工作人员可用采煤机固定发射机(C键)，遥控器(C键)或按下辅助控制箱闭锁(OFF)按钮，发出闭锁刮板运输机指令，遥控接收解码模块C端输出高电平，IC2模拟开关电路控制端呈高电平，IC2输出端输出高电平经控制线OFF传输到主控制箱执行刮板运输机闭锁操作(图2中主控制箱12)，解除闭锁时可重新按下闭锁(OFF)按钮，解除对刮板运输机的闭锁，发出起动刮板运输机信号后，刮板运输机司机可重新起动刮板运输机。
控制采煤机原理当辅助控制箱接收到来自采煤机司机用煤机固定发射机(A键)或遥控器(A键)发出起动采煤机指令时，遥控接收解码模块A端输出高电平，IC4模拟开关输入端(5脚)呈高电平、输出端(2-3脚)输出高电平，经M1控制线传输到副控制箱控制采煤机起动。当接收到停止采煤机指令(B键)时，遥控接收解码模块B端输出高电平，IC3模拟开关输入端(5脚)呈高电平、IC3输出端(2-3脚)输出高电平，经M2控制线传输到副控制箱停止采煤机运转(图2中副控制箱9)。
安全措施由于此控制系统应用在采煤工作面特殊性，故采用了各种防爆措施，辅助控制箱电源采用浮地供电方式，可使控制箱的控制传输线在工作面中发生短路或漏电时也不会产生大的电流。元器件采用高可靠性工业级产品，采用防潮、防砸、防振、防误操作等方法。遥控接收解码组件采用高可靠性的工业级晶体稳频组件，绝不会产生误码现象，信号系统采用高响度信号器HD。
主、副、辅助控制箱在工作面中就如同蜂窝移动电话的基站一样，发射机、遥控器距离最近的接收箱最有控制优先权。
主控制箱、辅助控制箱、副控制箱控制线之间采用一路七芯Φ1.02mm的操作线连接，信号线采用一路四芯Φ1.02mm操作线连接。
在图6所示实施例中采煤机固定发射机采用成品T94W4远距离稳频固定收发组件组装。产地广东中山采煤机固定发射机安装在采煤机控制台中(
图1中采煤机固定发射机13)，发射机内部采用进口声表谐振器稳频，频率一致性非常好，稳定度极高，工作频率315MHZ频率稳定度优于10-5，使用中无需调整频点，操作按钮使用原采煤机控制台采煤机控制按钮，控制功能与原控制按钮功能相对应，发射(图6、图7)接收(图8)工作原理简述如下PT2262和PT2272是台湾普城公司生产的一对COMS专用编码电路，振荡频率通过一个外接电阻进行调节，编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制)相当于调制度为100％的调幅。
编码电路PT2262和PT2272的第1～8脚为地址设定脚，可以选择悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。它的的1～8脚为地址设定脚，厂家为了便于生产管理，出厂时都设定在悬空位置，如果在实际使用中要多套遥控器混合使用，又不希望互相干扰，那么就要对不同套数的遥控器设定不同的地址编码。编码、解码芯片的地址脚可以选择悬空、接地、接正电源三个状态，所以最大不重复的概率为3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只要将PT2262和PT2272的1～8脚设置的状态相同即可实现配对遥控收发，而不同地址码的遥控器不会互相干扰。比如将其中一套发射机的PT2262的第1脚接地，第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。
煤机固定发射机是以PT2262编码集成电路构成的四位编码遥控发射电路，采用石英晶体专用表面谐振器SAW稳定频率，其使用性能完全符合工业级水准，发射功率100MW，水平开阔发射距离达800M。在采煤工作面中应用由于使用条件限制，根据实际采煤工作面使用发射距离能达到50-80M，接收控制箱在工作面中距离为每15M一台，采煤机距二台接收控制箱之间时，距离为8M，所以能够达到很好的控制效果。
采煤机固定发射机设有采煤机电动机超温保护功能，运行中的采煤机出现供电缺相、过负荷或冷却系统出现故障时，电动机温度达到＞80℃时，设在采煤机控制台中的温度传感器JWH2-12W端输出高电平，T3导通，IC2(4N35)1-2端导通、4-5端导通，闭合发射机B键，发出停止采煤机指令，采煤机真空起动器断开，采煤机控制台控制变压器B失去电压，直流电源无输出，JWH2-12温度传感器停止工作，W端高电平消失，T3截止，IC2截止，断开发射机B键，发射电路复位，此时发射机自动转换后备的12V电池维持正常工作，等待采煤机电动机冷却后可重新继续工作。如被保护的电动机内部有超温热敏保护线，可以省去温度传感器，将U2接点与W相连，再将电动机的超温热敏保护线两端接在G接点与W相连，电动机冷态时，保护线呈低电阻，W端低电平，T3截止，采煤机正常运行。电动机超温时，超温热敏保护线呈高电阻，W端呈高电平，T3导通，IC2 1-2、3-4端导通，闭合B键，发射机发出停止采煤机指令。采煤机停止后发射机复位。
采煤机固定发射机设有镍镉电池的恒流快速充电器(工作原理在下面便携式遥控器中说明)，充电时间2小时，充满自停，采煤机起动前，合上隔离开关后，dt1、dt2闭锁开关闭合，发射机使用12V电池工作。按下“A”键，采煤机起动，采煤机控制台控制变压器B得电，直流电源工作，继电器J1吸合，J1-1闭合，发射机转为直流电源工作，同时J1-2闭合，12V电池与自动充电器电源闭合，充电开始，开始以大电流对电池进行充电，充满后自动维持涓流充电保持电池容量，以利于延长电池使用时间，保证固定发射机可靠工作。停止采煤机后，J1释放，固定发射机自动转为电池工作。
在图7所示实施例中便携式遥控发射机采用成品T94W4远距离稳频固定收发组件组装。产地广东中山便携式遥控器(
图1中便携式遥控器6)采用高强度胶木外壳，体积为(100mm×60mm×40mm高×宽×深)，电池采用成品12V组合小型镍镉电池。其发射(图6、7)，接收(图8)原理与采煤机固定发射机相同，请参考以上采煤机固定发射机工作原理。充电器采用镍镉电池恒流快速充电器，充电时间2小时，充满自停，遥控器充电安全插口采用防爆安全设计，不插入充电插头时，遥控器内的继电器不吸合，遥控器充电安全插口电极不带电。插入充电插头时，遥控器内继电器J吸合，J-1闭合，充电开始，充满后自动转为涓流充电以保持电池容量，延长电池使用时间。便携式遥控器的充电可以在地面上进行或在工作面设置一防爆箱，将遥控器放入防爆箱内进行充电。
自动充电器原理概述如下(图7)R13、R15、LED2、T4组成恒流充电电路，LED2提供恒流基准电压兼作充电指示，R14、RP、T3组成电池电压检测电路。R16、R17、LED3组成涓流充电电路。开始充电时，由于电池电压较低，T3截止，T4通过R13获正偏而导通，电源通过T4、R15向电池充电，同时LED2点亮。在充电过程中，电池电压逐渐上升，当上升到预定值时，T3导通，T4截止，LED2熄灭，相对的大电流充电结束，电池自动转入约为30mA的涓流充电(这样有利于保存电池容量)LED3作涓流充电指示用。
调试方法充电器初次使用前为匹配充电电池类型，须进行调式，将W向下调至电池负端，把充电器插到遥控器充电插口上。开启充电器电源，J吸合，J-1闭合，LED2立即点亮，电池开始充电。用数字表监测电池电压，当电池充到12V时，调RP使LED2熄灭、LED3点亮，将RP封固，调试结束。采煤机固定发射机的充电电路原理与此相同，调式方法相同。
在图8所示实施例中接收模块采用成品T94W4远距离稳频固定收发组件组装。产地广东中山接收模块采用SMD贴片工艺制造生产，为超再生接收方式，它内含电源稳压、放大整形及解码电路，使用极为方便。
天线输入端有选频电路，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线接收电路自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。
接收机采用高精度带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整范围，而可调电感可以做到多圈调整。可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频率。另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感量发生变化，而且由于采用贴片工艺，所以即使强烈震动也不必担心接收频点漂移，接收电路的接收带宽约500KHz，中心频率调整在315MHz。
接收模块有七个引出端，分别为+、A、B、C、D、I0、-，其中+为8-12V供电端，-为接地端，I0端为解码有效输出端，A、B、C、D为四位数据输出端，能输出4V左右的高电平，驱动电流2mA，与发射器上的A、B、C、D四为个键相对应。
发射、接收天线(
图1中发射、接收天线37)，采用普通矿用Φ1.02四芯信号电缆，长度≥1M，终端采用热缩PVC管封闭。
(说明书以上所述实施例，已在设计、申请人所在煤矿303高档采煤工作面实施试用，各种实施例控制功能均能可靠正常工作，达到了设计要求，极大程度提高了采煤工作面安全生产保障能力。)
权利要求1.一套煤矿采煤工作面综合控制系统，防爆主控制箱、防爆多个辅助控制箱、防爆副控制箱安装在采煤工作面中，通过控制电缆相连接，其特征是主控制箱、多个辅助控制箱、副控制箱中均设有与无线控制发射机配套的接收控制电路装置及采煤工作面信号装置。
2.根据权利要求1所述的煤矿采煤工作面综合控制系统，其特征是主控制箱设置在采煤工作面刮板运输机头位置，主控制箱中刮板运输机闭锁电路受控于所有控制箱中的闭锁控制按钮及无线接收解码控制电路相应的控制指令；主控制箱中采用光电耦合器电路实现采煤工作面刮板运输机起动、自保运行、控制复位、信号停电时停止闭锁刮板运输机；主控制箱采用瓦斯传感器监测采煤工作面瓦斯含量，瓦斯超限时停止闭锁工作面刮板运输机、采煤机、运输转载机；主控制箱中采用温度传感器保护刮板运输机头电动机，电动机出现超温时停止刮板运输机；主控制箱控制按钮可控制工作面两部刮板运输机起动/停止、刮板运输机闭锁/解锁和工作面信号。
3.根据权利要求1所述的煤矿采煤工作面综合控制系统，其特征是辅助控制箱设置在采煤工作面中，辅助控制箱控制刮板运输机闭锁功能通过控制线与主控制箱中刮板运输机闭锁电路关联；控制采煤机起动/停止功能与副控制箱中采煤机控制电路关联；辅助控制箱可通过本身控制按钮控制工作面信号和刮板运输机闭锁。
4.根据权利要求1所述的煤矿采煤工作面综合控制系统，其特征是副控制箱设置在采煤工作面刮板运输机尾位置，副控制箱中采煤机控制电路采用光电耦合器电路，设有采煤机工作异常的自动复位电路，采煤机控制电路受控于工作面所有控制箱中相关的采煤机控制指令；副控制箱中采用温度传感器保护刮板运输机尾电动机，电动机出现超温时停止刮板运输机；副控制箱可通过本身控制按钮控制信号和刮板运输机闭锁。
5.根据权利要求1所述的煤矿采煤工作面综合控制系统，其特征是采煤机控制台的固定无线控制发射机可发出控制工作面信号、起动/停止采煤机、闭锁刮板运输机指令；采用温度传感器保护采煤机电动机，在采煤机电动机出现超温时自动发出停止采煤机指令；采煤机固定发射机控制电路有后备电池的自动充电功能。
6.根据权利要求1所述的煤矿采煤工作面综合控制系统，其特征是便携式无线遥控发射机可发出控制工作面信号、起动/停止采煤机、闭锁刮板运输机指令；便携式无线遥控发射机电池充电接口采用新型自动控制电路，不插入充电器时接口不带电，符合煤矿防爆要求。
专利摘要煤矿采煤工作面综合控制系统，可使用在煤矿普采、高档、综采、综放采煤工作面。防爆主控制箱、防爆多个辅助控制箱、防爆副控制箱安装在采煤工作面中，通过控制电缆相连接，配套有采煤机固定无线控制发射机、便携式无线遥控发射机、瓦斯传感器、电动机温度传感器。主控制箱、多个辅助控制箱、副控制箱中均设有与无线控制发射机配套的接收控制电路装置及采煤工作面信号装置。采用有线/无线方式控制采煤工作面信号、采煤机、刮板运输机。采煤工作面瓦斯安全实时监控、刮板运输机电动机、采煤机电动机超温保护实时监控。
文档编号E21F17/18GK2555400SQ02267639
公开日2003年6月11日 申请日期2002年6月17日 优先权日2002年6月17日
发明者刘广民 申请人:刘广民