專利名稱：煤礦采掘工作區(qū)域人機閉鎖保護系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦用安全保護系統(tǒng)，尤其涉及'iir采掘工作區(qū)域人機閉鎖保護系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著煤礦大型機械設(shè)備的不斷投入，煤礦生產(chǎn)的機械化程度越來越高，
煤礦機械設(shè)備傷人事故也不斷發(fā)生。究其原因，主要有如下幾個方面:①安全設(shè)施不 齊全，預防性探測、檢査系統(tǒng)不完善；②設(shè)備的安全設(shè)計有缺陷；③職工自主保安 意識不強，工作人員安全觀念淡薄，如新工人、經(jīng)驗不足人員和精力不集中人員等; ④生產(chǎn)現(xiàn)場安全隱患排查不徹底；⑤安全管理不到位；鵬章指揮、違章作業(yè)、違 規(guī)操作；⑦勞動組織不合理；⑧安全教育培訓力度不夠等等。除此之外，井下惡劣 的工作環(huán)境、高度緊張的工作和人員的疏忽，也是造成機械設(shè)備傷人事故的重要原
因。通艦國內(nèi)外j:ir機械設(shè)刷勞人事故的調(diào)查分析可知，隨著煤礦機械化程度的
不斷提高，其發(fā)生的次數(shù)呈逐年上升之勢。采煤工作面的轉(zhuǎn)載機工作區(qū)域和綜掘工 作面的掘進迎頭，由于重型設(shè)備的運轉(zhuǎn)，很容易對^A相應(yīng)區(qū)域的人員造成傷害， 國內(nèi)外有的礦井也的確發(fā)生過這種傷亡事故。因此，上述兩區(qū)域為"危險區(qū)域"， 在設(shè)備運轉(zhuǎn)期間，應(yīng)嚴格禁止人員進入，以防止機械傷害事故的發(fā)生。為防止工作
人員誤入采煤工作面轉(zhuǎn)載mii行區(qū)域，以往采取的措施是設(shè)置拉線式急停開關(guān)，緊 急情況下拉開關(guān)斷電；掘進迎頭則采用在掘進機兩側(cè)設(shè)置防護柵欄門和在炮頭上加
設(shè)防護罩的措施，防止掘進禾;iM行期間有人^A并對Ait成傷害。這些措施不但安 全防護效果不夠，而且給采、掘工作面的生產(chǎn)帶來諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不^t處，提供一種iir采掘工作區(qū)域人 機閉鎖保護系統(tǒng)，也是為了避免采煤工作面轉(zhuǎn)載機和掘進迎頭的掘進機給工作人員 造成傷害，保證采掘工作面安全、正常生產(chǎn)，應(yīng)該采用更為科學有效的方法手段， 創(chuàng)造本質(zhì)安全的采掘工作面生產(chǎn)條件。
本發(fā)明所述的煤礦采掘工作區(qū)域人機閉鎖保護系統(tǒng)，以熱釋電傳感器的探測原 理為基礎(chǔ)，通過合理安裝、設(shè)置紅外線傳自及全套裝置，可自動監(jiān)測采煤面轉(zhuǎn)載機和掘進面掘進tLM轉(zhuǎn)危險區(qū)域，M人員進入，則發(fā)出聲音報警信號，同時輸出 閉鎖控制信號，立即切斷電源，停止轉(zhuǎn)載機或掘進機的運轉(zhuǎn)，或者禁止它們啟動。
這樣就能更好地保iK掘工作區(qū)域工作人員的安全，有效防ih^煤工作面轉(zhuǎn)載機運 轉(zhuǎn)區(qū)域和綜掘面掘進^it轉(zhuǎn)區(qū)域的人身傷害事故的發(fā)生。
紅外探測可分為被動紅外探測和主動紅外探測。主動紅外探測是指用于探測的 紅外信號是由探測器件發(fā)出的探湖仿式。由于探測器本身發(fā)出紅外探觀幅號，因此 容易受外界信號的干擾，如大氣狀況、溫度、濕度、周圍的建筑物、探測距離和電 子干擾信號等，對探測的靈敏度和準輸性造成影響。主動紅外探觀依比較早的工業(yè) 測控系統(tǒng)和軍事設(shè)備上應(yīng)用廣泛，但因存在易受干擾的缺點，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸減少。
被動紅外探測是指利用被探湖U物體本身發(fā)出的紅外信號實現(xiàn)探測目標的方式。 被動紅外探測技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，尤其是在民用、辦公、{呆密、軍事和文物的 保護等場所應(yīng)用更為突出，而且技術(shù)己基本成熟。被動紅外探測有其獨特的優(yōu)勢， 本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉。
在自然界，任何高于絕對溫度(-273")的物體都將產(chǎn)生紅外光譜。不同溫度的 物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的， 被動紅外探測正是利用這一原理實現(xiàn)的。
熱釋電傳感器是一種新型被動紅外探測元件，由其制成的紅外探頭可用于紅外 自動門窗控制系統(tǒng)和樓宇紅外探測報，系統(tǒng)，比較典型的有DSx系列(DS794E， DS938Z， DS940T等)，這些系統(tǒng)都是由紅外探頭、專用的紅外信號處理芯片 (如:CS9803 BIS0001)、聲光報警電路和電機驅(qū)動電路等組成。系統(tǒng)的電路比較簡單， 僅能實現(xiàn)簡單的報警控審'助能，對于要微行人員定位的場合，此類系統(tǒng)是不能實 現(xiàn)的。
' 熱釋電傳感器內(nèi)有2個關(guān)鍵性的元件， 一個是熱釋電紅外感應(yīng)單元，它能將波 長為8 12之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能抑制自然界中的白光信號。?此，在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)單元感應(yīng)到 的只是背景溫度；當人體進人警戒區(qū)，熱釋電紅外感應(yīng)單元感應(yīng)到的是人術(shù)顯度與 背景溫度的差異信號。
另外一個就是菲涅爾透鏡，由若干個菲涅爾透鏡環(huán)組成。菲涅爾透鏡的作用有: (1)聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射在熱釋電傳感器上；(2)通過區(qū)域性遮 斷技術(shù)將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入警戒區(qū)的移動物體能以St變化 的形式在熱釋電傳感器上產(chǎn)生變化的電紅外信號，這樣，熱釋電傳感器就能產(chǎn)生變化的電信號。
熱釋電傳感器的紅外感應(yīng)單元主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系
陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2Xlmm的探測元件。在每個探測器內(nèi) 裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度 升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信 號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高，則器的探測靈敏度以增 大探測距離， 一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成， 將其的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統(tǒng)的透鏡，它和放 大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10 20米范圍內(nèi)人 的行動。
菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的"盲 區(qū)"和"高靈敏區(qū)"，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體 發(fā)出的紅外線就不斷地交替從"盲區(qū)"進入"高靈敏區(qū)"，這樣就使接收到的紅外 信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強化其能量幅度。
由有關(guān)電磁輻射理論可知， 一般物體對輻射能量總是有吸收、有反射，其吸收 系數(shù)都在0 1之間。而纟頓黑體是指對輻射能量全部吸收沒有反射，吸收系數(shù)為1 的物體。自然界并不存在鄉(xiāng)樹黑體，絕對黑體是一個理想化的參考模型。但是絕對 黑體輻射能量的大小與物體絕贈顯度有關(guān)，其關(guān)系遵循普朗克定律，關(guān)系式為
『A =2*2[;iVc"r-
式中h為plank常數(shù)(6.626x 10-34 Js); c為光速(2.9979x 108 m/s); T為絕對 黑體的溫度(K);義為波長；K為Bolzman常數(shù)(1.381 x 10-23J/K)。
熱釋電傳感器是一種被動紅外探測元件，是利用目標物體所發(fā)出的紅外輻射信 號實現(xiàn)被動探測的。而目標物體的輻射能量的大小也與物體纟M溫度有關(guān)，其關(guān)系 也遵循普朗克定律，只是在計算目標物體的輻射能量的大小時，要由絕對黑體輻射
能量^再乘以一個0 1之間的吸收系數(shù)。
因此，由普朗克定律的關(guān)系式可知，目標劍糊射能量的大小與物體的鄉(xiāng)樹溫
度有關(guān)。
(1) 目標物體的輻射能量隨溫度的升髙而增大。
(2) 隨溫度的升高，物體輻射能量的峰值向短波方向移動。
(3) 相同溫度下，不同的目標物體的輻射能量不同。 . 人體輻射的紅外線中心波長為9 10^",而在0.2 20，范圍內(nèi)，探測元件的波長靈敏度幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個 濾光片可通過光的波長范圍為7 10拜，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對 其它波長的紅外線，貝U由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人鵬
射的紅外線傳感器。
一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體的紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接 收，經(jīng)信號處理而報警或做其他控制操作。
為避免在^it變化時器件特性會發(fā)生漂移，從而造成誤報警， 一般選用雙靈敏
元熱釋電傳感器，2個靈敏元的極性相反，輸出相反，外部噪聲產(chǎn)生信號相互抵消， 減少了噪聲的影響。
同時，雙靈敏元熱釋電傳感器的濾光片可讓人體發(fā)出的中心波長為9 10，紅 外線通過，將其它光線濾除(在正常體溫37'C時，人體的輻射紅外線的波長為 9.36聲)，因此能夠?qū)Ｓ糜谌梭w探測。
本發(fā)明將KHC1-BH被動紅外傳,探頭安裝在轉(zhuǎn)載機和掘進機上，當有人進 入探頭的有效檢測范圍中時，人體的熱量產(chǎn)生的紅外線經(jīng)過菲涅爾透鏡的會聚，激 發(fā)紅外線接收器產(chǎn)生一種微弱的低頻信號，該信號經(jīng)探頭內(nèi)部線路二級放大，再由 整形電路的處理，限幅后的信號輸入主控制器，從而產(chǎn)生控制操作~~K警或斷電。
本發(fā)明所述iW采掘工作區(qū)域人機閉鎖i^系統(tǒng)，所提出的方法體系和研帝啲 人機閉鎖保護裝置是科學、合理、可行的，實施過程中效果良好，為采掘工作面的 安全工作提供了先進的手段和裝備，取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，提高了煤 礦企業(yè)的安全生產(chǎn)水平。


附圖1是本發(fā)明所述,采掘工作區(qū)m機閉鎖保護系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖；附圖 2是主控制器電器原理圖；附圖3是信號放大與調(diào)理電路圖。1~^工外線會聚信號2 —紅外線接收器3—放大4-整形限幅5^f言號輸出6~~主控制器7—控制 操作8—報警9一斷電10—探頭信號ll一放大12—比較13—放大14 一狀態(tài)轉(zhuǎn)換15—固體繼電器16—電磁閥17—靈敏度調(diào)整18—延時調(diào)整 19—計算機輸出接口 20~電源21^探頭信號22—放大23—比較24—放 大25—狀態(tài)轉(zhuǎn)換26—固體繼電器27—電磁閥28—靈敏度調(diào)整29~延時 調(diào)整30~計算機輸出接口 31—熱釋電傳感器
具體實施例方式
現(xiàn)參照附圖l、附圖2和附圖3，結(jié)合實施例，對本發(fā)明所述煤礦采掘工作區(qū)域人機閉鎖保護系統(tǒng)詳細說明如下參照附圖l，由紅外線會聚信號l開始，傳遞 至紅外線接收器2，經(jīng)放大3和整形限幅4處理，經(jīng)信號輸出5將信號輸送至主控
制器6，經(jīng)控制操作7傳送至服警8和斷電9做出執(zhí)行。參照附圖2，探頭信號IO 獲取的信號，經(jīng)放大ll處理，同時傳送到比較12和靈敏度調(diào)整17進行處理。經(jīng) 放大11后的信息進行比較12的處理，將有用信息再經(jīng)放大13處理，經(jīng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換 14，傳送至固體繼電器15。放大13同時出送到延時調(diào)整18，狀態(tài)轉(zhuǎn)換14同時傳 送到計算機輸出接口 19。固體繼電器15后接電磁閥16和電源20，電磁閥16也同 時與電源20導通。電源20后接固體繼電器26，同時聯(lián)接電磁閥27。電磁閥27亦 與故土繼電器26接通，固體繼電器26又與狀態(tài)轉(zhuǎn)換25導通。狀態(tài)轉(zhuǎn)換25又同時 與放大24和計算機輸出接口 30聯(lián)接。放大24又同時與比較23和延時調(diào)整29聯(lián) 接，比較后接放大22。放大22又同時聯(lián)接探頭信號21和靈敏度調(diào)整28。參照附 圖3，在本發(fā)明所使用的信號放大與調(diào)理電路圖中，安裝有熱釋電傳感器31。本發(fā) 明以熱釋電傳感器31的探測原理為基礎(chǔ)，通過合理安裝、設(shè)置紅外線傳感器及全 套裝置，可自動監(jiān)測采煤面轉(zhuǎn)載機和掘進面掘進機運轉(zhuǎn)危險區(qū)域，若有人員進入， 則發(fā)出聲音報警信號，同時輸出閉鎖控制信號，立即切斷電源，停止轉(zhuǎn)載機或掘進 機的運轉(zhuǎn)，或者禁止它們啟動，以此就能更好地保i跌掘工作區(qū)域工作人員的安全， 有效防止采煤工作面轉(zhuǎn)載機運轉(zhuǎn)區(qū)域和綜掘面掘進機運轉(zhuǎn)區(qū)域的人身傷害事故的 發(fā)生。
紅外探觀何分為被動紅外探測和主動紅外探測。主動紅外探測是指用于探測的 紅外信號是由探測器件發(fā)出的探觀仿式。由于探測器本身發(fā)出紅外探測信號，因此 容易受外界信號的千擾，如大氣狀況、溫度、濕度、周圍的建筑物、探測距離和電 子干擾信號等，對探觀啲靈敏度和準確性造成影響。主動紅夕卜探測在比較早的工業(yè) 測控系統(tǒng)和軍事設(shè)備上應(yīng)用廣泛，但因存在易受干擾的缺點，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸減少。
被動紅夕卜探領(lǐng)提J詩鵬被探測物體本身發(fā)出的紅外信號實現(xiàn)探測目標的方式。 被動紅外探測技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，尤其是在民用、辦公、保密、軍事和文物的 保護等場所應(yīng)用更為突出，而且技術(shù)已基本成熟。被動紅外探測有其獨特的優(yōu)勢， 本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉。
在自然界，任何高于絕Xt溫度(-273'C)的物體都將產(chǎn)生紅外光譜。不同溫度的 物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與^it的高低是相關(guān)的， 被動紅外探測正是利用這一原理實現(xiàn)的。
熱釋電傳感器31是一種新型被動紅外探測元件，由其制成的紅外探頭可用于紅外自動門窗控制系統(tǒng)和樓宇紅外探測報警系統(tǒng)，比較典型的有DSx系列(DS794E， DS938Z， DS940T等)，這些系統(tǒng)都是由紅外探頭、專用的紅外信號處理芯片 (如:CS9803BIS0001)、聲光報警電路和電機驅(qū)動電路等組成。系統(tǒng)的電路比較簡單， 僅能實現(xiàn)簡單的報警控制功能，對于要求進行人員定位的場合，此類系統(tǒng)是不能實 現(xiàn)的。
熱釋電傳感器31內(nèi)有2個關(guān)鍵性的元件， 一個是熱釋電紅外感應(yīng)單元，它能 將波長為8 12之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⒛芤种谱匀唤缰械陌坠庑?號。因此，在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)單元 感應(yīng)到的只是背景溫度；當人體進人警戒區(qū)，熱釋電紅外感應(yīng)單元感應(yīng)到的是人體 溫度與背景纟顯度的差異信號。
另外一個就是菲涅爾透鏡，由若干個菲涅爾透鏡環(huán)組成。菲涅爾透鏡的作用有 (1)聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射在熱釋電傳感器上；(2)通過區(qū)域性遮 斷技術(shù)將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入警戒區(qū)的移動物體能以溫度變化 的形式在熱釋電傳自上產(chǎn)生變化的電紅外信號，這樣，熱釋電傳感器就能產(chǎn)生z變 化的電信號。
熱釋電傳感器31的紅外感應(yīng)單元主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸 鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2Xlnrni的探測元件。在每個探測 器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身 溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探湖拼接收至啲紅夕卜輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓 信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以 增大探測距離， 一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成， 將其的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統(tǒng)的透鏡，它和放 大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10 20米范圍內(nèi)人 的行動。
菲涅爾透擬l傭邈竟的特殊光學原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的"盲 區(qū)"和"高靈敏區(qū)"，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體 發(fā)出的紅外線就不斷地交替從"盲區(qū)"進入"高靈敏區(qū)"，這樣就使接收到的紅外 信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強化其能量幅度。
由有關(guān)電磁輻射理論可知， 一般物體對輻射能量總是有吸收、有反射，其吸收 系數(shù)都在0 1之間。而絕對黑體是指對輻射能量全部吸收沒有反射，吸收系數(shù)為1 的物體。自然界并不存在纟M黑體，絕對黑體是一個理想化的參考模型。但是絕對黑鵂昌射能量的大小與物體纟^t溫度有關(guān)，其關(guān)系遵循普朗克定律，關(guān)系式為
式中h為plank常數(shù)(6.626x 10-34 Js); c為光速(2.9979x 108 m/s); T為絕對 黑體的溫度(K);義為波長；K為Bolzman常數(shù)(1381xl0-23J/K)。
熱釋電傳感器31是一種被動紅外探測元件，是利用目標物體所發(fā)出的紅外輻 射信號實現(xiàn)被動探領(lǐng)啲。而目標物體的輻射能量的大小也與物體絕對溫度有關(guān)，其 關(guān)系也遵循普朗克定律，只是在計算目標物體的輻射能量的大小時，要由絕對黑體
輻射能量^再乘以一個0 1之間的吸收系數(shù)。
因此，由普朗克定律的關(guān)系式可知，目標物體輻射能量的大小與物體的鄉(xiāng)敘t溫
度有關(guān)。
(1) 目標物體的輻射能量隨溫度的升高而增大。
(2) 隨溫度的升高，物f麟昌射能量的峰值向短波方向移動。
(3) 相同溫度下，不同的目標物體的輻射能量不同。 人體輻射的紅外線中心波長為9 10AM，而在0.2 20，范圍內(nèi)，探測元件
的波長靈敏度幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個 濾光片可通過光的波長范圍為7 10<"w ，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對 其它波長的紅外線，則由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人#$畐 射的紅外線傳感器。
一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體的紅外輻射通過部^l竟面聚焦，并被熱釋電元接 收，經(jīng)信號處理而報警或做其他控制操作。
為避免在驗變化時器件特性會發(fā)生漂移，從而造成誤報警，一般選用雙靈敏 元熱釋電傳感器，2個靈敏元的極性相反，輸出相反，外部噪聲產(chǎn)生信號相互抵消， 減少了噪聲的影響。
同時，雙靈敏元熱釋電傳感器的濾光片可讓人體發(fā)出的中心波長為9 10，紅 外線通過，將其它光線濾除(在正常體溫37。C時，人體的輻射紅外線的波長為 9.36/^)，因此能夠?qū)Ｓ糜谌梭w探測。
本發(fā)明將KHC1-BH被動紅外傳感器探頭安裝在轉(zhuǎn)載機和掘進機上，當有AiS 入探頭的有效檢測范圍中時，人體的熱量產(chǎn)生的紅外線經(jīng)過菲涅爾透鏡的會聚，激 發(fā)紅外線接收器產(chǎn)生一種微弱的低頻信號，該信號經(jīng)探頭內(nèi)部線路二級放大，再由 整形電路的處理，限幅后的信號輸入主控制器，從而產(chǎn)生控制操作~~J艮警或斷電。
提高紅外人機閉鎖裝置可靠性可從以下幾個方面考慮(1) 當人員進入危險區(qū)時，紅外人機閉鎖裝置不僅能可靠報警，而且應(yīng)能強 制停止轉(zhuǎn) 或掘進機，由主控制器單片機控制繼電器開關(guān)通斷，可實現(xiàn)強制停車;
(2) 整套裝置可采用三種供電電源供電+36V， +127V, +220V。當一種供 電電源出現(xiàn)故障時，可以自動切換到其他的供電電源供電，從而使供電不中斷，保 證裝置的可靠運行；
(3) 裝置的主控芯片采用進口單片微型計算機，具有控制精確、抗干擾能力 強、技術(shù)等級高、故障率低等特點。采用防爆設(shè)計，適用于含有瓦斯氣體及煤塵爆 炸危險等惡劣環(huán)境中。
漏報警是指各季節(jié)的溫度差異較大，使得熱釋電傳感器輸出信號的幅度不同。 若運算放大器的增益不變，則A/D轉(zhuǎn)換后輸出信號的幅度將隨著變化。如果采用固 定閾值進行報警判斷，會出現(xiàn)環(huán)境M^低時能正常報警，環(huán)境溫度高時不能正常報 警的現(xiàn)象。針對這種情況，采取了以下的解決方法
G)選用低^t漂移的運算放大器； ②采用電子自動增益控制電路；
(3沐用變閾值進行報警比較，變閾值是撤艮警比較電平是變化的，獲得方法是 通過單片機的學習功能來實現(xiàn)。
由于紅外人機閉鎖裝置可采用三種供電電源供電+36V， +127V, +220V。當 +36V電源不正常時，由其他備用電源為整套裝置供電，這時必須采取措施降低裝 置的功耗，具體措施有
(1) 選用低電源供電器件，包括單片機、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和語 音報警電路等；
(2) 利用一個三極管開關(guān)電路控制報警電路電源通和斷，即當未報警時，報 警電路不提供電源；當報警時，開關(guān)接通，報警電路得到電源，這樣可降低整個系 統(tǒng)的功耗。
另外，由于實驗中的整套紅外人機閉鎖W"裝置是嵌套在KHC自動噴霧裝置 里面的，所以在裝置的主控制箱里，除了有紅外傳自探頭的連接點、單片機控制 器和報警儀語音喇叭以外，還有水傳感器探頭的連接點。因此，需考慮紅夕卜傳感器 與水傳感器的結(jié)合應(yīng)用，轉(zhuǎn)載機或掘進機工作時，必須同時進行噴霧灑水，以斷氐 工作區(qū)域的粉塵濃度，保護人員的健康。
在轉(zhuǎn)載機或掘迸纟幾啟動時，首先是紅外傳感器探頭進行檢測，如果在危險區(qū)域 內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)人員，貝呲時水開關(guān)傳感器檢測水開關(guān)。若司機已打開水開關(guān)，貝囀載機或掘進機就進入正常工作狀態(tài)；若水開關(guān)還未打開，貝服警儀語音喇叭會進行相 應(yīng)的提示。待打開水開關(guān)，重新啟動轉(zhuǎn)載機或掘進機，紅外傳感器再次檢測， 一切
無異常后，轉(zhuǎn)載機或掘進機才i4A正常工作狀態(tài)。如果紅外傳感器探頭進行檢領(lǐng)附，
在危險區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)有人活動，則進行相應(yīng)的語音提示，等人員全部撤出危險區(qū)后， 再重新啟動轉(zhuǎn)載機或掘進機，并重復上面的過程。
在這些過程中，紅外傳感器探頭和水傳感器探頭結(jié)合應(yīng)用，提高了 KHC自動
噴霧裝置的使用效率，節(jié)省了資源。
紅外線人機閉鎖保護裝置內(nèi)嵌在KHC1系列礦用自動噴灑除塵裝置內(nèi)，由一套 主控制器控制，當外界環(huán)境信號被傳自探頭攝入，就立即轉(zhuǎn)換成特定的電信號， 通過電纜的傳輸，電信號進入主控制器被放大，鑒別和比較處理后的信號經(jīng)功率放 大直接控制固體繼電器工作，在電信號處理過程中，根據(jù)設(shè)備的功能要求，由特定 的電路靈敏度，時間控制及輸出狀態(tài)進行設(shè)定和調(diào)整。弱電輸出系統(tǒng)根據(jù)固體繼電 器的動作指令，直接驅(qū)動噴霧電磁閥，從而自動實現(xiàn)噴霧或自動灑水的過程。
當轉(zhuǎn)載機或掘進機司機按下機器的啟動按鈕，主控制器會將開關(guān)信號送入單片 機，由單片機發(fā)出指令，控制聲報警電路進行語音提示，同時開啟紅外傳感器進行 檢測。當語音提示完成后，如果紅外傳感器探頭檢測到轉(zhuǎn)載機或掘進機危險區(qū)域內(nèi) 有人(或水傳感器檢測到水開關(guān)沒有打開)，貝岫單片機控制進行相應(yīng)的語音提示， 此時無法開啟轉(zhuǎn)載機或掘進機電源為其送電，即禁止它們啟動；待一切無異常后， 需重新按下轉(zhuǎn)載機或掘進機的啟動按鈕，再進行語音提示(可通過按鍵設(shè)定語音提 示遍數(shù))，提示結(jié)束后延時3秒自動啟動轉(zhuǎn)載機或掘進機。
轉(zhuǎn)載機或掘進機工作過程中，如果紅夕卜傳感器探頭檢觀倒轉(zhuǎn)載機或掘進機危險 區(qū)域內(nèi)有人，則立即切斷電源，停止轉(zhuǎn)載機或掘進機的運轉(zhuǎn)。
在轉(zhuǎn)載機己經(jīng)安裝好紅外人機閉鎖{，裝置的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述工作流程，采 煤面轉(zhuǎn)載mM轉(zhuǎn)區(qū)域紅外人機閉鎖保護的工作禾旨如下-
(1) 轉(zhuǎn)載機司機按下轉(zhuǎn)載機上的啟動按鈕，這時主控制器將司機按下的開關(guān) 信號送入單片機。
(2) 根據(jù)開關(guān)信號，單片機發(fā)出指令，控制語音電路進行提示"同志您好，. 轉(zhuǎn)載機準備啟動，請危險區(qū)域人員全部撤出"(語音提示的內(nèi)容可以通過計算機進 行相應(yīng)的設(shè)置)。
(3) 主控制器開動各種傳感器進纟亍檢測。
(4) 若安裝在轉(zhuǎn)載機的紅外線傳感器探頭在探測范圍內(nèi)檢測有人員存在時，報警儀進行報警，語音提示"同志您好，前方有人!"這時轉(zhuǎn)載機會自動停止啟動。
(5) 待確信危險區(qū)域內(nèi)的人員全部撤出后，司機重新按啟動按鈕，這時語音 會重新提示"同志您好，轉(zhuǎn)載機準備啟動，請危險區(qū)域內(nèi)的人員全部撤出"。
(6) 此時紅外傳感器無法檢測到人員的存在。水傳感器會檢測水開關(guān)是否打 開。若水開關(guān)已經(jīng)打開，轉(zhuǎn)載機將在語音提示結(jié)束后延時3秒自動啟動，轉(zhuǎn)載機開 始工作。若水開關(guān)沒有打開，將出現(xiàn)語音提示"同志您好，轉(zhuǎn)載機無法啟動，請打 開水開關(guān)。"
(7) 打開水開關(guān)以后，必須再按啟動按鈕，待紅外傳感器和水傳感器檢測到 一切正常才能啟動轉(zhuǎn)載禾幾。
(8) 在轉(zhuǎn)載機工作過程中，各種傳感器是一直在收集檢測人體的熱量信號的。 如果紅外線傳感器檢測到有人時，貝往控制器會自動關(guān)閉水開關(guān)和停止轉(zhuǎn)載機。待 危險區(qū)域內(nèi)的人員全部撤出后，再由司機重新按下轉(zhuǎn)載機的啟動按鈕。
(9) 如此往復不斷的進行傳感器檢測和轉(zhuǎn)載機的再啟動，實現(xiàn)采煤面轉(zhuǎn)載機 運轉(zhuǎn)區(qū)域的聲報警和人機閉鎖功能，有效防止人身傷害事故的發(fā)生。
采煤面轉(zhuǎn)載機運轉(zhuǎn)區(qū)域人機閉鎖保護方案包括如下2個方面。
(1) 人員m轉(zhuǎn)載機運轉(zhuǎn)危險區(qū)域前的預報警和人機閉鎖方案
在轉(zhuǎn)載機司機剛剛按下啟動按鈕企圖啟動機器的時候，主控制器會立刻將開關(guān) 信號送入單片機，單片機根據(jù)開關(guān)信號發(fā)出指令，控制語音電路進行人員進入轉(zhuǎn)載 機運轉(zhuǎn)危險區(qū)域前的預報警。接到報警信息后，處于危險區(qū)域內(nèi)的人員應(yīng)馬上撤離， 同時紅外傳感器進行探測，在危險區(qū)域內(nèi)有人的情況下拒絕送電啟動機器。
(2) 工作人員進入轉(zhuǎn)載機運轉(zhuǎn)危險區(qū)域內(nèi)的報警和人機閉鎖方案 在轉(zhuǎn)載機運行期間，若紅外線傳感器在探測范圍內(nèi)檢測到有人員存在，語音報
警儀進行報警，并切斷電源使轉(zhuǎn)載機自動停止。接到報警信息后，人員應(yīng)馬上撤出， 待確信危險區(qū)域內(nèi)的人員全部撤出后，司機需重新啟動轉(zhuǎn)載機，主控制器再次將開 關(guān)信號送入單片機，單片機再次控制語音電路進行其他人員itA轉(zhuǎn)載機運轉(zhuǎn)危險區(qū) 域前的預報警。同時，水傳感器會檢測水開關(guān)是否打開。若水開關(guān)已經(jīng)打開，轉(zhuǎn)載 機將在語音提示結(jié)束后延時3秒自動啟動，轉(zhuǎn)載機開始工作。若水開關(guān)沒有打開， 聲報警電路將再次進行語音提示，打開水開關(guān)以后，司機必須再按啟動按鈕，待紅 外傳感器和7jC傳感器檢觀倒一切正常才能啟動轉(zhuǎn)載機。
在掘進機已經(jīng)安裝好紅外人機閉鎖保護裝置的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述工作流程，綜 掘面掘進機運轉(zhuǎn)區(qū)域紅外人機閉鎖保護的工作程序如下
1(1) 綜掘機司機按下綜掘機上的啟動按鈕，這時主控制器將司機按下的開關(guān) 信號送入單片機。
(2) 根據(jù)開關(guān)信號，單片機發(fā)出指令，控制語音電路進行提示"同志您好， 綜掘機準備啟動，請迎頭人員全部撤出"。(語音提示的內(nèi)容可以通過計算機進行相 應(yīng)的設(shè)置)
(3) 主控制器開動各種傳感器進行檢測。
(4) 若安裝在綜掘機的紅外線傳感器探頭在探測范圍內(nèi)檢觀陏人員存在，報 警儀進行報警，語音提示"同志您好，前方有人!"這時綜掘機會自動停止啟動。
(5) 待確信危險區(qū)域內(nèi)的人員全部撤出后，司機重新按啟動按鈕，這時語音 會重新提示"同志您好，綜掘機準備啟動，請迎頭人員全部撤出"。
(6) 主控制器開動各種傳感器進行檢測。
(7) 由于此時危險區(qū)域內(nèi)的人員已經(jīng)全部撤出，紅外傳感器無法檢測到人員 的存在，這時7jC傳感器會檢測水開關(guān)是否打開。若水開關(guān)已經(jīng)打開，綜掘機將在語 音提示結(jié)束后延時3秒自動啟動，綜掘機開始工作。若水開關(guān)沒有打開，將出現(xiàn)語 音提示"同志您好，綜掘機無法啟動，請打開水開關(guān)。"
(8) 打開水開關(guān)以后，必須再按啟動按鈕，待紅外傳感器和水傳感器檢測到 一切正常才能啟動綜掘機。
(9) 在綜掘機工作過程中，各種傳感器是一直在收集檢測人體的熱量信號的。 如果紅外線傳感器檢測到有人在危險區(qū)域，則主控制器會自動關(guān)閉水開關(guān)和停止綜 掘機。待危險區(qū)域內(nèi)的人員全部撤出后，再由司機重新按下綜掘機的啟動按鈕。
(10) 如此往復不斷的進行傳感器檢測和再啟動，實現(xiàn)掘進面綜掘機運轉(zhuǎn)區(qū)域 的聲報警和人機閉鎖功能，有效防止人身傷害事故的發(fā)生。
綜掘面掘進^l^轉(zhuǎn)區(qū)域人機閉鎖保護方案包括如下2個方面。
(1) 人員進入掘進mig轉(zhuǎn)危險區(qū)域前的預報警和人機閉鎖方案
在掘進機司機剛剛按下啟動按鈕企圖啟動機器的時候，主控制器會立亥賂開關(guān) 信號送入單片機，單片機根據(jù)開關(guān)信號發(fā)出指令，控制語音電路進行人員進入掘進 機運轉(zhuǎn)危險區(qū)域前的預報警。接到報警信息后，在危險區(qū)域內(nèi)有人的情況下拒絕送 電啟動機器。
(2) 工作人員進入掘進機運轉(zhuǎn)危險區(qū)域內(nèi)的報警和人機閉鎖方案 在掘進機運行期間，若紅外線傳感器在探測范圍內(nèi)檢測到有人員存在，語音報
警儀進行報警，并切斷電源使掘進機自動停止。接到報警信息后，人員應(yīng)馬上撤出。待確信危險區(qū)域內(nèi)的人員全部撤出后，司機需重新啟動掘進機，主控制器再次將開 關(guān)信號送入單片機，單片機再次控制語音電路進行其他人員進入掘進機運轉(zhuǎn)危險區(qū) 域前的預報警。同時，水傳感器會檢測水開關(guān)是否打開。若水開關(guān)已經(jīng)打開，掘進 機將在語音提示結(jié)束后延時3秒自動啟動，掘進機開始工作。若水開關(guān)沒有打開， 聲報警電路將再次進行語音提示，打開水開關(guān)以后，司機必須再按啟動按鈕，待紅 外傳感器和水傳自檢測到一切正常才能啟動掘進機。 本發(fā)明的有益效果
采掘工作區(qū)域人機閉鎖保護技術(shù)實施以來，有效防止了采煤工作面轉(zhuǎn)載機運轉(zhuǎn) 區(qū)域和綜掘工作面掘進機運轉(zhuǎn)區(qū)域人身傷害事故的發(fā)生，取得了顯著的社會效益； 同時，保證了采掘工作面的正常生產(chǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟效益；另外，為采掘工作 面的安全工作提供了先進的手段和裝備，提高了煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)水平。本裝置 的使用效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面
(1 )紅外人機閉鎖保護裝置確保了采煤工作面轉(zhuǎn)載機運轉(zhuǎn)區(qū)域和綜掘面掘進 機運轉(zhuǎn)區(qū)域工作人員的安全，有效防止了采掘機械傷害事故的發(fā)生，降低了采掘事 故發(fā)生概率，促進了安全生產(chǎn)水平的提高。
(2) 通過使用紅外人機閉鎖保護裝置，可以將采煤工作面轉(zhuǎn)載機拉線式急停 開關(guān)和掘進機使用的柵欄門和炮頭蓋去掉，使采掘工作面的生產(chǎn)更為方便和順暢； 同時，將原來的機械主動防護變?yōu)殡娖髯詣颖Ｗo，提高了安全程度，杜絕了因人工 操作失誤而造成的不必要傷害。
(3) 紅外人機閉鎖保護裝置的安裝和應(yīng)用，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)載機和掘進機運轉(zhuǎn)區(qū)域
的動態(tài)安全監(jiān)控，提高了相應(yīng)區(qū)域機械傷害防護的可靠性，實現(xiàn)了相應(yīng)區(qū)域的本質(zhì) 安全化。
1權(quán)利要求
1、煤礦采掘工作區(qū)域人機閉鎖保護系統(tǒng)，其特征在于本發(fā)明以熱釋電傳感器(31)的探測原理為基礎(chǔ)，通過合理安裝、設(shè)置紅外線傳感器及全套裝置，可自動監(jiān)測采煤面轉(zhuǎn)載機和掘進面掘進機運轉(zhuǎn)危險區(qū)域，若有人員進入，則發(fā)出聲音報警信號，同時輸出閉鎖控制信號，立即切斷電源，停止轉(zhuǎn)載機或掘進機的運轉(zhuǎn)，或者禁止它們啟動，以此就能更好地保證采掘工作區(qū)域工作人員的安全，有效防止采煤工作面轉(zhuǎn)載機運轉(zhuǎn)區(qū)域和綜掘面掘進機運轉(zhuǎn)區(qū)域的人身傷害事故的發(fā)生。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦采掘工作區(qū)域人機閉鎖保護系統(tǒng)，其特征在于由紅外線會聚信號(1)開始，傳遞至紅外線接收器(2)，經(jīng)放大(3)和整形限幅 (4)處理，經(jīng)信號輸出(5)將信號輸送至主控制器(6)，經(jīng)控制操作(7)傳送 到報警(8)和斷電(9)做出執(zhí)行。
全文摘要
煤礦采掘工作區(qū)域人機閉鎖保護系統(tǒng)，以熱釋電傳感器的探測原理為基礎(chǔ)，通過合理安裝、設(shè)置紅外線傳感器及全套裝置，可自動監(jiān)測采煤面轉(zhuǎn)載機和掘進面掘進機運轉(zhuǎn)危險區(qū)域，若有人員進入，則發(fā)出聲音報警信號，同時輸出閉鎖控制信號，立即切斷電源，停止轉(zhuǎn)載機或掘進機的運轉(zhuǎn)，或者禁止它們啟動。這樣就能更好地保證采掘工作區(qū)域工作人員的安全，有效防止采煤工作面轉(zhuǎn)載機運轉(zhuǎn)區(qū)域和綜掘面掘進機運轉(zhuǎn)區(qū)域的人身傷害事故的發(fā)生。本發(fā)明采用紅外探測技術(shù)和相應(yīng)的裝置，本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉，安裝并投入使用后，杜絕了因人工操作失誤而造成的不必要傷害，提高了相應(yīng)區(qū)域機械傷害防護的可靠性，實現(xiàn)了相應(yīng)區(qū)域的本質(zhì)安全化。
文檔編號E21F17/00GK101476487SQ20081015971
公開日2009年7月8日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者宋立剛, 張忠玉, 忠 曹, 李法柱, 恒 王 申請人:淄博礦業(yè)集團有限責任公司