本發(fā)明屬于礦井井下噴霧降塵技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鐵礦溜井智能噴霧降塵裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

鐵礦是重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，從事鐵礦開采的工人人數(shù)眾多。隨著開采強(qiáng)度和機(jī)械化水平的提高，礦井作業(yè)區(qū)的粉塵污染明顯，影響井下生產(chǎn)的安全，尤其危害一線工人的身體健康，因此噴霧降塵存在著顯而易見的必要性。

在傳統(tǒng)的礦井中，除塵基本采用人工控制或者定時、定點(diǎn)控制灑水和噴霧器，存在著效率低下、浪費(fèi)水資源等問題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用部分企業(yè)采用了架間自動噴霧、放礦自動噴霧、根據(jù)粉塵濃度自動噴霧等一些比較智能化的降塵裝置。但是尚未出現(xiàn)針對鐵礦溜井卸礦處的降塵裝置，由于實(shí)際現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，常見的降塵裝置并不能很好的適用。

目前比較普適的降塵裝置采用光散射法粉塵濃度傳感器來檢測粉塵濃度，根據(jù)設(shè)定的閥值控制噴霧裝置。但是粉塵濃度傳感器量程范圍有限，易受粉塵污染，零點(diǎn)偏移嚴(yán)重，需要經(jīng)常清理，檢測精度低，誤差可達(dá)25％。同時傳感器的工作電流大，傳感器與控制器的距離要求比較短。然而溜井處一般風(fēng)力較大，粉塵擴(kuò)散快，粉塵濃度傳感器檢測滯后，需降塵面積大，要求多套設(shè)備進(jìn)行降塵，設(shè)備成本高，水資源利用率低。

常見的降塵裝置還有聲控型、光控型、觸控型等降塵裝置。但是都不能很好的適用于溜井處降塵，這類傳感器不能有效的區(qū)分信號的來源是工作人員還是機(jī)車，更不能區(qū)分礦井機(jī)車類型(機(jī)車分重車和空車，重車又分不同裝礦容積的重車，空車包括巡檢車等)，不能根據(jù)機(jī)車裝礦量調(diào)節(jié)噴霧量，浪費(fèi)資源。而且容易受干擾，檢測準(zhǔn)確度低。

現(xiàn)有專利“一種高壓微霧抑塵設(shè)備”、“一種負(fù)離子干霧抑塵凈化方法及裝置”、“一種智能自清潔干霧除塵設(shè)備”、“一種干霧水膜雙離心除塵裝置及其除塵工藝”都不能實(shí)現(xiàn)自動除塵效果。專利“翻車機(jī)房區(qū)域干霧除塵設(shè)備”是根據(jù)光感傳感器進(jìn)行控制，專利“一種干霧除塵控制系統(tǒng)及其控制方法”根據(jù)粉塵濃度傳感器進(jìn)行自動噴霧，都存在上述的缺點(diǎn)，不適應(yīng)鐵礦溜井環(huán)境，無法滿足鐵礦溜井除塵要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的降塵裝置無法適用于鐵礦溜井卸礦處的問題，提出一種鐵礦溜井智能噴霧降塵裝置及控制方法。該裝置為利用RFID讀卡器進(jìn)行機(jī)車識別和定位，智能噴霧，使用高壓將水滴霧化到10微米級別進(jìn)行降塵作業(yè)的鐵礦溜井自動噴霧降塵裝置，能有效降低粉塵濃度、減少粉塵危害；該方法能夠可實(shí)現(xiàn)鐵礦溜井卸礦處的自動噴霧降塵作業(yè)，具有安全、可靠、高效的特點(diǎn)。

一種鐵礦溜井智能噴霧降塵裝置，包括RFID無源抗金屬標(biāo)簽、RFID讀卡設(shè)備、控制箱和噴霧裝置；

所述RFID讀卡設(shè)備用于讀取RFID無源抗金屬標(biāo)簽發(fā)射的信號，RFID讀卡設(shè)備與控制箱連接，控制箱與噴霧裝置連接，噴霧裝置用于噴霧降塵；

所述的RFID無源抗金屬標(biāo)簽設(shè)置于礦井內(nèi)機(jī)車的車頭，包含提前寫入標(biāo)簽的各類機(jī)車信息，并能夠發(fā)射固定強(qiáng)度的含有該標(biāo)簽ID號的信號；該RFID無源抗金屬標(biāo)簽在鐵礦環(huán)境中有良好的抗金屬干擾性，不需要配備電池等電源，用耐高溫工程ABS塑料封裝，極易維護(hù)；

所述的RFID讀卡設(shè)備由RFID讀卡器模塊和RFID讀卡天線組成；所述RFID讀卡設(shè)備安裝在礦井溜井卸礦處的鐵軌正上方，可設(shè)置一套或多套以覆蓋礦井溜井的卸礦區(qū)域；

所述的噴霧裝置包括供水供氣管和帶有電磁閥的水霧化噴嘴組，水霧化噴嘴組位于供水供氣管的末端，通過電磁閥的開度大小來控制水霧化噴嘴組的噴水量；

較好的，所述的帶有電磁閥的水霧化噴嘴組可分為超聲波噴嘴組和高壓噴嘴組；所述超聲波噴嘴組采用數(shù)個超聲波霧化噴頭，超聲波霧化噴頭設(shè)置于溜井卸礦處兩側(cè)巷道上方，較好的，各布置5～10米，超聲波霧化噴頭能夠?qū)⑺F化成幾微米大小的液滴；所述高壓噴嘴組采用數(shù)個防風(fēng)高壓噴頭，防風(fēng)高壓噴頭設(shè)置于溜井卸礦處的上方，防風(fēng)高壓噴頭能產(chǎn)生較強(qiáng)的打擊力，達(dá)到鎮(zhèn)塵、降塵的效果；

所述的控制箱位于控制室；控制箱內(nèi)設(shè)有CPU；控制箱一端與RFID讀卡設(shè)備連接，具體的，與RFID讀卡器模塊連接，控制箱一方面用于接收RFID讀卡設(shè)備讀取到的RFID無源抗金屬標(biāo)簽ID號和信號強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，確認(rèn)信息有效后解析數(shù)據(jù)，進(jìn)而對機(jī)車進(jìn)行裝礦容積識別、定位和運(yùn)動狀態(tài)分析，另一方面用于給RFID讀卡設(shè)備發(fā)送指令；控制箱另一端與噴霧裝置連接，具體的，與電磁閥連接，用于控制噴霧裝置的開啟和開度；

較好的，控制箱與RFID讀卡設(shè)備的讀卡器模塊通過串行通信總線連接。

上述鐵礦溜井智能噴霧降塵裝置的控制方法，包括如下步驟：

步驟1：將每個機(jī)車的機(jī)車編號和機(jī)車載礦容積等信息寫入對應(yīng)的電子標(biāo)簽；

步驟2：控制箱發(fā)送指令，控制RFID讀卡器模塊通過RFID讀卡天線進(jìn)行掃描，較好的，RFID讀卡天線進(jìn)行掃描的時間為200～400ms，掃描的間隔時間為100～300ms；若掃描到RFID無源抗金屬標(biāo)簽發(fā)射的信號，則執(zhí)行步驟3，否則繼續(xù)執(zhí)行本步驟；

步驟3：將掃描得到的RFID無源抗金屬標(biāo)簽的ID號和信號強(qiáng)度的數(shù)據(jù)由RFID讀卡器模塊傳輸給控制箱；控制箱內(nèi)的CPU將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)通過則執(zhí)行步驟4，否則執(zhí)行步驟2；

其中，控制箱內(nèi)的CPU將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)的方法是：RFID讀卡器模塊和控制箱中已編碼內(nèi)部通信協(xié)議，控制箱內(nèi)的CPU識別RFID讀卡器模塊傳出的數(shù)據(jù)中的內(nèi)部通信協(xié)議與控制箱的內(nèi)部通信協(xié)議是否一致；

步驟4：控制箱解析校驗(yàn)合格的數(shù)據(jù)、查詢RFID無源抗金屬標(biāo)簽的ID號對應(yīng)的機(jī)車編號和機(jī)車載礦容積，同時根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算機(jī)車位置；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域一且判斷機(jī)車不處于停車狀態(tài)，則執(zhí)行步驟5；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域一且判斷機(jī)車處于停車狀態(tài)，則執(zhí)行步驟7；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域二且判斷機(jī)車不處于停車狀態(tài)，則執(zhí)行步驟6；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域二且判斷機(jī)車處于停車狀態(tài)，則執(zhí)行步驟7；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域三，則執(zhí)行步驟7；否則執(zhí)行步驟2；

所述預(yù)設(shè)范圍區(qū)域一位于機(jī)車去往溜井卸礦處方向的巷道內(nèi)，較好的，距溜井卸礦處20～30米；所述預(yù)設(shè)范圍區(qū)域二位于設(shè)置水霧化噴嘴組的巷道和溜井卸礦處；所述預(yù)設(shè)范圍區(qū)域三位于機(jī)車駛離溜井卸礦處方向的巷道內(nèi)，較好的，距溜井卸礦處20～30米；

步驟5：控制超聲波噴嘴組開啟，并執(zhí)行步驟2；

步驟6：控制超聲波噴嘴組開啟，同時根據(jù)機(jī)車載礦容積調(diào)節(jié)高壓噴嘴組對應(yīng)的電磁閥的開度進(jìn)而控制高壓噴嘴組噴水量的大小，特別的，當(dāng)機(jī)車載礦容積為0則高壓噴嘴組對應(yīng)的電磁閥的開度為0，并執(zhí)行步驟2；

其中，機(jī)車載礦容積與電磁閥的開度之間的關(guān)系是一種非線性關(guān)系，其物理公式為：

$Z=a\sqrt{x}$

其中a為系數(shù)，根據(jù)具體實(shí)際情況(礦石含水率、礦石顆粒大小、水管孔徑、氣管孔徑、水壓、氣壓、氣液比等)取值，x為車廂容積，Z為開度；

步驟7：延時控制超聲波噴嘴組和高壓噴嘴組關(guān)閉，并執(zhí)行步驟2。

本發(fā)明的原理為：

本發(fā)明以帶有RFID讀卡天線的RFID讀卡器模塊讀取安裝在機(jī)車上的RFID無源抗金屬標(biāo)簽，并在控制箱的CPU設(shè)定數(shù)據(jù)庫中查詢標(biāo)簽ID號對應(yīng)的機(jī)車編號和類型(包括輕車、重車、巡檢車等)，同時根據(jù)接收信號強(qiáng)度計(jì)算機(jī)車與RFID讀卡天線的距離，實(shí)現(xiàn)對機(jī)車的識別和局部定位；

噴霧作業(yè)可針對機(jī)車編號、機(jī)車容積、位置和運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控：當(dāng)檢測到機(jī)車未達(dá)到溜井卸礦時提前開始噴霧作業(yè)，即在機(jī)車到達(dá)區(qū)域一且未處于停車狀態(tài)，控制高壓噴嘴組對應(yīng)的電磁閥開啟并控制開啟水量，提前噴霧，創(chuàng)造潮濕環(huán)境，制造隔離霧墻，防止卸礦時粉塵大面積擴(kuò)散；當(dāng)檢測到機(jī)車到達(dá)溜井卸礦處開始卸礦時，即在機(jī)車進(jìn)入?yún)^(qū)域二且未處于停車狀態(tài)時，再控制超聲波噴嘴組對應(yīng)的電磁閥開啟并控制開啟水量，進(jìn)行快速高效的降塵作業(yè)；當(dāng)檢測到機(jī)車離開溜井卸礦處后或者由于意外狀況處于停車狀態(tài)時，即當(dāng)機(jī)車進(jìn)入?yún)^(qū)域三時，延遲控制，確保較好的降塵效果；當(dāng)檢測不到機(jī)車的信號后，再控制高壓噴嘴組和超聲波噴嘴組的電磁閥關(guān)閉，結(jié)束降塵作業(yè)。并且工作人員可以根據(jù)實(shí)際工況通過控制箱上的按鈕自行設(shè)定和修改時間參數(shù)和RFID讀卡設(shè)備的安裝距離，優(yōu)化降塵效果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

本發(fā)明具有根據(jù)RFID識別的機(jī)車類型(不同裝礦容積的機(jī)車)自動前饋控制，防止粉塵擴(kuò)散，直接在粉塵源頭除塵，節(jié)約水資源，改善鐵礦井下工作環(huán)境，有效防止粉塵對人體的侵害適，合鐵礦溜井除塵的需求。

附圖說明

圖1、本發(fā)明裝置示意簡圖。

圖中，1：機(jī)車；2：RFID無源抗金屬標(biāo)簽；3：RFID讀卡天線A；4：RFID讀卡器模塊A；5：RFID讀卡天線B；6：RFID讀卡器模塊B；7：串行通信總線；8：控制箱；9：電磁閥A；10：電磁閥B；11：電磁閥C；12：水霧化噴嘴組A；13：水霧化噴嘴組B；14：水霧化噴嘴組C；15：供水供氣管。

圖2、本發(fā)明控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明裝置中的零部件均為市購。

實(shí)施例1

一種鐵礦溜井智能噴霧降塵裝置，如圖1所示，包括RFID無源抗金屬標(biāo)簽2、RFID讀卡設(shè)備、控制箱8和噴霧裝置；

所述的RFID無源抗金屬標(biāo)簽2設(shè)置于礦井的機(jī)車1車頭，包含提前寫入標(biāo)簽的各類機(jī)車信息，并能夠發(fā)射固定強(qiáng)度的含有該標(biāo)簽ID號的信號；該標(biāo)簽2在鐵礦環(huán)境中有良好的抗金屬干擾性，不需要配備電池等電源，用耐高溫工程ABS塑料封裝，極易維護(hù)；

所述的RFID讀卡設(shè)備用于讀取RFID無源抗金屬標(biāo)簽2發(fā)射的信號，由RFID讀卡器模塊和RFID讀卡天線組成，一般配備1到3套就可以覆蓋溜井卸礦區(qū)域；本實(shí)施例中配備兩套超高頻RFID讀卡設(shè)備，即RFID讀卡天線A3和RFID讀卡器模塊A4為一套讀卡設(shè)備，RFID讀卡天線B5和RFID讀卡模塊B6為一套讀卡設(shè)備，RFID讀卡模塊為900MHZ超高頻射頻讀卡器，對應(yīng)天線為圓極化讀卡天線，這兩套設(shè)備讀卡速度快，安裝在鐵軌正上方，讀卡距離為15米左右，可以覆蓋30米左右的區(qū)域；

所述的噴霧裝置用于噴霧降塵，包括供水供氣管15和帶有電磁閥的水霧化噴嘴組，水霧化噴嘴組位于供水供氣管路的末端，所述的帶有電磁閥的水霧化噴嘴組分為超聲波噴嘴組和超聲波噴嘴組，水霧化噴嘴組可配備若干組，本實(shí)施例中配備2組帶有電磁閥的超聲波噴嘴組，分別為電磁閥A9、水霧化噴嘴組A12和電磁閥C11、水霧化噴嘴組C14，水霧化噴嘴組A12設(shè)置于機(jī)車駛向溜井卸礦處方向的巷道上方，水霧化噴嘴組C14設(shè)置于機(jī)車駛離溜井卸礦處方向的巷道上方，所述超聲波噴嘴組采用數(shù)個超聲波噴頭，能夠?qū)⑺F化成幾微米大小的液滴，當(dāng)電磁閥A9和電磁閥C11開啟，水霧化噴嘴組A12和水霧化噴嘴組C14噴水能夠制造出水霧墻，防止卸礦時粉塵大面積擴(kuò)散；配備1組帶有電磁閥的高壓噴嘴組，為電磁閥B10、水霧化噴嘴組B13；高壓霧化噴頭設(shè)置于溜井卸礦處的上方，高壓霧化噴頭能夠產(chǎn)生較大的打擊力，達(dá)到鎮(zhèn)塵、降塵的效果；

所述的控制箱8位于控制室；控制箱8一端與RFID讀卡器模塊A4、B6通過RS-485串行通信總線7傳輸數(shù)據(jù)，一方面用于接收RFID讀卡器模塊A4、B6讀取到的RFID無源抗金屬標(biāo)簽ID號和信號強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，確認(rèn)信息有效后解析數(shù)據(jù)，進(jìn)而對機(jī)車進(jìn)行裝礦容積識別、定位和運(yùn)動狀態(tài)分析，另一方面用于給RFID讀卡器模塊A4、B6發(fā)送指令；控制箱8另一端與噴霧裝置的電磁閥A9、B10、C11連接，用于控制電磁閥的開啟和開度。

實(shí)施例2

實(shí)施例1中鐵礦溜井智能噴霧降塵裝置的控制方法，包括如下步驟：

步驟1：將每個機(jī)車的機(jī)車編號和機(jī)車載礦容積等信息寫入對應(yīng)的電子標(biāo)簽；

步驟2：控制箱發(fā)送指令，控制RFID讀卡器模塊通過RFID讀卡天線進(jìn)行掃描；若掃描到RFID無源抗金屬標(biāo)簽，則執(zhí)行步驟3，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟2；

步驟3：將掃描得到的RFID無源抗金屬標(biāo)簽的ID號和信號強(qiáng)度由RFID讀卡器模塊傳輸給控制箱；控制箱內(nèi)的CPU將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)通過則執(zhí)行步驟4，否則執(zhí)行步驟2；

其中，控制箱內(nèi)的CPU將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)的方法是：RFID讀卡器模塊和控制箱中已編碼內(nèi)部通信協(xié)議，控制箱內(nèi)的CPU識別RFID讀卡器模塊傳出的數(shù)據(jù)中的內(nèi)部通信協(xié)議與控制箱的內(nèi)部通信協(xié)議是否一致；

步驟4：解析校驗(yàn)合格的數(shù)據(jù)，查詢RFID無源抗金屬標(biāo)簽的ID號對應(yīng)的機(jī)車編號和機(jī)車容積，同時根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算機(jī)車位置；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域一且判斷機(jī)車不處于停車狀態(tài)，則執(zhí)行步驟5；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域一但判斷機(jī)車處于停車狀態(tài)，則執(zhí)行步驟7；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域二且判斷機(jī)車不處于停車狀態(tài)，則執(zhí)行步驟6；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域二但判斷機(jī)車處于停車狀態(tài)，則執(zhí)行步驟7；若機(jī)車處于預(yù)設(shè)范圍區(qū)域三，則執(zhí)行步驟7；否則執(zhí)行步驟2；

所述預(yù)設(shè)范圍區(qū)域一位于機(jī)車去往溜井卸礦處方向且距溜井卸礦處20～30米的巷道內(nèi)；所述預(yù)設(shè)范圍區(qū)域二位于設(shè)置水霧化噴嘴組的巷道和溜井卸礦處；所述預(yù)設(shè)范圍區(qū)域三位于機(jī)車駛離溜井卸礦處方向且距溜井卸礦處20～30米的巷道內(nèi)；

上述的根據(jù)信號強(qiáng)度計(jì)算機(jī)車位置的計(jì)算公式如下：

以讀卡器A4的安裝位置為坐標(biāo)軸原點(diǎn)，讀卡器B6坐標(biāo)為d，從左往右為坐標(biāo)軸正方向；

若讀卡器A4讀到標(biāo)簽，讀卡器B6未讀到標(biāo)簽，則機(jī)車坐標(biāo)y為：

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

若讀卡器A4讀到標(biāo)簽，讀卡器B6讀到標(biāo)簽，則機(jī)車坐標(biāo)y為：

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

若讀卡器A4未讀到標(biāo)簽，讀卡器B6讀到標(biāo)簽，則機(jī)車坐標(biāo)y為：

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

其中：y為機(jī)車坐標(biāo)，d₀為參考距離，n為實(shí)測路徑損耗指數(shù)，RSS0為在實(shí)際環(huán)境中電子標(biāo)簽位于參考距離處的信號強(qiáng)度，RSS1為讀卡器A4讀到標(biāo)簽的信號強(qiáng)度，RSS2為讀卡器B6讀到標(biāo)簽的信號強(qiáng)度；

步驟5：控制超聲波噴嘴組開啟，并執(zhí)行步驟2；

步驟6：控制超聲波噴嘴組開啟，同時根據(jù)機(jī)車載礦容積調(diào)節(jié)高壓噴嘴組對應(yīng)的電磁閥的開度，進(jìn)而控制高壓噴嘴組B13噴水量的大小，特別的，當(dāng)機(jī)車載礦容積為0則高壓噴嘴組B13對應(yīng)的電磁閥B10的開度為0；并執(zhí)行步驟2；

其中，機(jī)車載礦容積與電磁閥的開度之間的關(guān)系是一種非線性關(guān)系，其物理公式為：

$Z=a\sqrt{x}$

其中a為系數(shù)，根據(jù)具體實(shí)際情況(礦石含水率、礦石顆粒大小、水管孔徑、氣管孔徑、水壓、氣壓、氣液比等)取值，x為車廂容積，Z為開度；

步驟7：延時控制超聲波噴嘴組和高壓噴嘴組關(guān)閉，并執(zhí)行步驟2。