煤矿井下照明设备节能技术的研究

【摘要】本文提出了一种适用于煤矿井下，根据人员活动范围，自动控制照明灯亮灭的智能电子控制方法。该方法可在不降低煤矿井下照明质量的前提下，减少照明时间，降低电能消耗，实现节能降耗目的。

【关键词】煤矿；照明；节能；智能；镇流器

1.引言

节能高效、绿色环保是近数年来工况企业发展的主线，节能和保护环境是关系到人类生存，社会可持续发展的大事。煤矿既是能源生产企业，同时也是能耗大户，据统计，煤矿的照明用电占煤矿全部用电的8～10%，具有较大的节约潜力。煤矿井下照明节能就是在保证煤矿井下安全生产，不降低井下照明质量的前提下，减少照明光能损失，降低电能消耗。采取有效的办法降低照明用电，对整个煤矿的节能有较大的促进作用。

2.煤矿现状

我国绝大部分煤矿采用井工开采方式，其井下照明具有如下特点：（1）无自然光源，年累计照明时间可达8760小时，较地面上的工业企业，煤矿井下的照明用电时间至少需延长一倍以上。（2）每个矿山地下巷道总长一般为20～30Km，甚至更长，并且错综复杂，宽窄不一，确定了我国煤矿井下需要提供照明的区域大，范围广。（3）随着煤矿自动化程度的不断提高，井下人员的减少，但考虑到各种因素，煤矿巷道的照明始终开启，电能利用率非常低下。

煤矿照明不仅与煤矿节能关系密切，而且直接影响煤炭生产的能效和煤矿安全。其原因有：（1）煤矿井下场地狭窄、空间拘束且设施设备表面粗糙、色泽暗淡，反射极差，照明效果要求较高。国际照明协会（CIE）采用“标准光度观察者”对于各种波长的辐射能产生可见光的能力予以测量表明，同一光源在井上与井下、特别是在黑暗巷道中的照明效果具有较大的差异性。（2）煤矿井下由于瓦斯、粉尘的存在，照明设备必须满足防爆要求，应具有更好的透射性能。（3）井下安全与危险辨识的照明特性分析表明，安全隐患发现及反馈与照明条件具有直接的关系。在煤矿井下昏暗的照明环境下，工人难以观察潜在事故危险源，准确判断及避免危险事故发生。（4）照明效果差将影响井下工作人员的生理和精神健康。长期处于照明效果差的环境中，会使人员精神抑郁，影响煤矿井下作业效率。

根据国家相关政策法规的规定，现有煤矿必须安装“监测监控、人员定位、通讯联络、紧急避险、压风自救、供水施救”六大安全避险系统。人员定位系统通过下井人员随身携带的电子标签，通过固定于巷道内的接收器，接收电子标签的信号，自动记录人员移动轨迹的电子监控系统。目前，全国所有矿井都安装有人员定位监控系统。

3.井下照明节能技术探索

我国对于煤矿节能技术的研究从不间断，就照明技术方面，大量的新技术、新工艺已经逐步采用，其主要方式有：（1）选用优质高效光源，提高荧光灯光效，比如采用细管、环行、U形荧光灯，紧凑型荧光灯、金属卤化灯、高压钠灯等；（2）选择高效灯具，提高照明效果，比如采用抛物线反射面、螺状曲线非对称型灯具、LED灯等；（3）选择优质高效的启动设备，提高电能转换效率。以上多种方式，具有较好的节能效果，但是，煤矿井下照明利用率低下问题还没有得到解决，致使煤矿井下拥有大量的长明灯，浪费了大量的能源。此文探索一种控制照明的新方法，确保在照明装置周围一定范围内无人或不需要照明的情况下，照明自动关闭，而范围内有人或需要照明的情况下，照明灯能够自动开启的控制方法，达到人到灯亮，人走灯灭，既不影响煤矿井下的生产、生活，同时能够实现节能目的。

4.设计方案

此方法充分利用现有煤矿下井人员随身携带的电子标签，设计一种智能电子控制装置，通过监测下井人员携带的电子标签发出的信号，控制照明灯，并以电力传输电缆为载体，以电力载波通信方式，将同条线路上所有照明灯的信息互联，就近接入井下综合监控网络，建立矿井照明集中监控系统。对整个矿井照明设备的在线监控，控制照明灯跟随人员移动而超前自动亮灯，人走自动灭灯的目的。在不降低煤矿照明质量的情况下，节约电力消耗，提高维护效率。此智能电子控制装置与照明用电子镇流器合并，形成智能电子镇流装置，以降低煤矿维护投入。

国内现有生产人员定位系统的厂家较多，并且采用的技术多种多样，所以智能电子控制装置采用模块化设计方案，其原理框图如图1所示，包括电源转换电路、处理控制电路、信号接收电路、镇流电路等几部分。电源转换电路实现交流电源转换成电子芯片能使用的低压直流电源，供后续电子设备使用；信号接收电路作为单独模块，接收人员定位标签发来的信号，转换成标准信号后传递给处理控制电路，此模块可根据煤矿人员定位实际采用的技术进行更换；处理控制电路根据信号接收电路接收的信号和通讯接收到的命令，经逻辑判断和处理，后对继电器进行控制，以实现对照明灯的控制，同时通过电力电缆，以载波方式进行信息传输，实现整条传输电缆连接的照明灯信号互通，实现矿井的智能照明。处理控制电路是整个装置的核心，其CPU启动后，判断信号接收电路是否接收到电子标签信号，综合通讯控制命令和电子标签信号，实现对照明灯的控制，并对照明灯消耗的电流进行检测，其主程序框图如图2所。通讯程序采用查询方式，首先判断是否接收到命令，当接收到命令后对命令进行解析，根据命令要求执行相应操作，并回复命令，其程序框图如图3所示。

5.结论

此设计方案提出了一种应用于煤矿井下，在不降低照明质量的情况下，能起到减少电能消耗，达到了节能降耗目的的方法。此设计方案切实可行，经过现场验证，在大巷内，安装有此设备的照明灯比以往的长明灯能节省40%以上电能，在部分人行较少，但较重要的场所，比如皮带巷、泵房等场所，较以往的长明灯节省60%以上的电能。在实际实施过程中，应从经济效益方面进行进一步的论证，做的节约、节能、绿色。

参考文献

[1]魏幼平，岳云涛.煤矿井下照明中节能策略的探讨[J].煤炭工程，2009（1）.

[2]徐加伟，朱清伟.浅谈煤矿井下人员定位系统[J].煤矿开采，2004，14（4）.

[3]王秀锦，马剑.智能化照明[J].照明工程学报，2003（2）.

[4]黄卜夫，吴明光.数字化智能照明系统的红外遥控模块[J].照明工程学报，2001（2）.

[5]张岳军，吴明光.智能照明系统控制网络的研究[J].照明工程学报，2004（4）.

[6]李文江，陈宇.基于ZigBee技术的煤矿井下人员定位系统设计[J].成都大学学报，2008，27（4）.

[7]柯建华，魏学业.基于RFID与CAN的煤矿井下人员定位系统的研究[J].煤炭工程，2006（11）.

作者简介：谢兵（1978—），男，四川宜宾人，工程师，主要从事煤矿带式输送机电控系统的设计和产品研发工作。

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