综采工作面自动跟踪采煤机喷雾灭尘装置的设计
摘要：煤矿井下综采工作面的粉尘对煤炭生产的安全和工人的健康构成了很大威胁。为了改善矿井采煤工作环境，本文设计了一套综采工作面自动跟踪采煤机喷雾灭尘控制系统。装置通过采煤机上搭载的红外发射器和支架上安装的红外接收传感器实现采煤机的定位功能。
装置根据采煤机的位置控制安装在支架上的本安电磁阀喷雾，消除处于采煤机切割头下风方向的粉尘，实现采煤工作面的自动灭尘。实际运行表明，该系统解决了综采工作面架间自动喷雾的技术难题，降低了粉尘浓度，从而达到改善煤矿井下作业环境，确保安全生产的目的。
关键词：综采工作面；灭尘；红外传感器；RS485；自动控制
1 引言
煤矿生产过程中粉尘主要来源于采掘工作面，由于矿井通风的特殊性，会在综采面采煤机的下风向飘散着大量的煤尘。综采工作面粉尘的治理关系到煤矿工人的身体健康和煤炭企业的安全生产。煤尘尘肺病无时无刻不在残害着在粉尘环境中的工作人员，是杀人不见血的软刀子。尘肺病已成为影响煤矿职工身体健康的一个重要公害。瓦斯煤尘爆炸是煤矿安全的最大威胁。因此，控制煤尘危害是当前一项刻不容缓的大事。
本论文设计一个应用于煤矿综采工作面的自动跟踪采煤机喷雾灭尘装置（以下简称装置），实现综采面的无人值守自动灭尘。装置的工作原理。综采工作面液压支架上安装喷雾的本安电磁阀及红外接收传感器，装置通过采煤机上搭载的红外发射器和支架下的红外接收器实现采煤机的定位功能。装置可以根据风向，煤尘的大小，设置开启喷头的个数、距离采煤机的位置（隔架喷淋的支架数）等工作参数。装置实时检测采煤机的运行位置，在采煤机风流下方自动顺序开启/关闭数道架间扇形强雾，对采煤作业时产生大范围、高浓度粉尘自动实施多道阻隔和高效降尘，从而降低了粉尘浓度，改善井下作业环境，确保煤矿井下安全生产。
2 装置的硬件设计
2.1 系统总体硬件结构
本文所研究设计的煤矿井下综采工作面自动跟踪采煤机喷雾灭尘装置结构，主要由红外发射器、电源箱、主机、分机、红外接收器、电磁阀、喷头、过滤器、手动阀门、三通、水管以及和电路配套的矿用电缆组成。每一个液压支架下安装一个控制分机，因此本装置中要实现多达100 多个通信节点的控制网络。采煤工作面启动采煤机，采煤机搭载红外发射源沿着轨道运动，系统主机逐个查询分机红外接收器是否接收到红外信号，主机根据收到的信息确定采煤机实时的位置，并且发出相关指令，控制相应分机的本安电磁阀执行开启/关闭的操作。在整个通信过程中，各个分机之间没有直接的数据交换，所有的通信过程都通过主机进行控制，主从式的RS485 总线结构恰好适合系统的通信特点。RS485 总线以其设备简单，成本低廉的优势，在煤矿井下拥有较好的应用基础。因此装置采用主从式RS485 总线作为主机与分机之间的通信总线，既节省了成本，又很好的实现了系统要求。
2.2 分机的电路设计
系统的主机相比分机减少了红外接收传感器和电磁阀的控制电路，其他部分是相同的。
分机的电路结构。图中地址和功能输入采用拨码开关设定；红外输入采用红外检测传感器；系统微控制器采用ATMEL 公司的`Atmega8 单片机；隔离通信采用隔离电源为接口芯片供电，完成控制系统和主控制系统之间的通信，实现相关的功能。稳定的电源对于控制器的工作是重要的。矿用的供电系统供127V 交流电，但是灭尘系统工作电压需要DC18V，控制电路工作电压需要DC5V，