基于效率优化的矿灯智能充电监测管理系统的研究

韩 娜

（山西焦煤西山煤电集团公司西铭矿， 山西 太原 030052）

引言

矿灯被誉为矿工的眼睛，为煤矿工作面安全顺利的推进提供有效的保障[1]。因此，确保矿灯的工作安全可靠，对矿灯照明效果以及质量进行及时检测是煤矿管理科学化的主要任务之一。随着矿灯管理水平的发展，现阶段矿灯自动化、智能化水平也得到了相应提高。本文针对某矿矿灯管理情况，解决矿灯使用效率较低的问题，为矿山自动化发展提供技术指导[2]。

1 某矿矿灯现状分析

某矿下井职工超过3 500人，对于矿灯管理采用集中存放原则，专人专灯。通过灯房工人巡检或矿工反映等途径来确认问题矿灯，矿灯强制性淘汰周期为18个月，这种管理方式造成了资源的浪费，同时增加了矿山的安全管理成本[3]。

1.1 矿灯充电情况

某矿现用矿灯为KL型锂电池矿灯，由于锂电池矿灯充电时对电压和电流要求比较高，对于故障矿灯必须及时发现和处理，否则会影响锂电池充电效率和矿灯使用寿命。所用锂电池矿灯处于正常充电状态时，电路电压须维持3.6～4 V，电流在2 A左右，当矿灯充电达到其容量的80%时，矿灯即进入涓充阶段，此时电路电压维持4.5～5 V，而电鱼机小于0.5 A。矿灯充电完毕后，矿灯保护板进入保护状态，不会有电流流过电路。

为便于矿山管理的科学化决策，煤矿信息调度中心要求汇集矿灯的相关数据。而由于矿灯充电时须在充电架上，故充电电流以及充电电压数据只能人为读取，无法自动上传，数据记录不精确，且矿灯充电正常与否依靠矿灯房职工巡检确认，工作量大，无法对矿灯充电质量进行精确判定[4]。

1.2 矿灯管理情况

矿灯出勤情况由矿灯房工作人员人为记录，但是该方式无法掌握每盏矿灯的取走时间以及上架充电时间，每盏矿灯在使用期间对于充放电循环具有严格的要求，而现阶段无法掌握这类数据。故灯房工作人员只能使矿灯强制性上架18个月后就更换新灯，造成了有的矿灯根本达不到500个充放电循环即遭淘汰，故矿灯使用效率低，造成了资源浪费[5]。

2 矿灯智能充电监测管理系统

根据该矿矿灯使用和管理情况，研究设计了矿灯智能充电监测管理系统，解决了矿灯使用效率低、矿灯充电效果不佳的问题。

2.1 系统研发流程

系统研发流程见图1。

图1 系统研发流程图

2.2 系统硬件设计

矿灯智能充电监测管理系统采用先进的红外线传感器技术，对矿灯进行定位监测，同时应用光谱锁相测量技术，增强系统红外抗干扰能力，提高了监测定位的精确度以及可靠性。改善原有的人工统计数模式，应用AD数模采样技术，将矿灯充电过程中的电流、电压变化数字化，工作量大大减少，且能够对矿灯取走上架时间、充电故障等充电状态进行实时监测。将这些数据通过485总线和宽带网络技术，安全、可靠地传输到后台控制机，可以确定工人出勤情况，以便及时处理矿灯的故障状况。

2.2.1 充电架现场施工

在充电架充电头处安装传感器的位置打孔，孔的直径为10 mm；在充电头固定处安装数据采集板；在充电架每层内安装开关电源，并固定起来；按照电气电路图将充电架内的采集板连接，作为采集信号的零电平线，实现架内电气线路的安装；从开关电源引5 V电源连接主控制板。

2.2.2 信号线现场施工

在矿灯房采用单信号线地埋方式连接信号线，安装监控线缆，将两线共同连接至灯房控制机，保证矿灯充电状态能够及时传输至管理部门，便于制定相关措施处理矿灯故障问题。

2.3 系统软件设计

系统采用最新科技—Silvelight 4.0开发平台，开发软件程序运行于微软公司WindowServer 2010服务器。要求软件设计形式简洁、界面美观、操作简单，便于初学者进行系统学习。保证矿灯信息的无误录入以及查询。采用单片机控制方式，结合锂电池充电，提高矿灯的充电效率和数据的可靠传输。

2.4 系统实现的功能

1）充电控制功能。在矿灯锂电池充电过程中，采用单片机控制方式。当电池电量充满后，会自动转入涓充，由LED灯显示充电完成状态。此种控制方式缩短了充电时间，提高了充电效率，延长了矿灯使用寿命，降低了充电和使用成本。

2）安全查询功能。下井工人下班后，对于未上井的工作人员，该系统可快速统计人员数量，进而提供人员信息。

3）矿灯状态显示功能。可实时查看充电矿灯的数量以及充电状态，分析矿灯房全部充电架的矿灯充电和管理情况。

4）数据统计功能。通过统计每个矿灯的充放电循环次数，判断充电矿灯的寿命状况，进而决定是否更换矿灯。

2.5 系统的使用效果分析

将矿灯智能充电监测管理系统应用于某矿，达到对矿灯充电状态实时监测的目的，对每班下井工人未及时上井的人员数量及时统计、显示和报告，以达到迅速、准确地提供井下人员信息，供领导分析、决策。同时，该系统及时对故矿灯做出报警提示，减少了井下工人生产时的矿灯故障率。

该系统促进了煤矿科学的安全管理水平，摆脱了以往煤矿中大量人力管理的弊端，自动化水平大大提高，该矿在提高生产效率的同时减少了成本投入，企业经济效益明显增加。

3 效益分析

3.1 矿灯智能充电监测管理系统的经济效益

1）人力经济效益。通过与原系统成本对比，使用矿灯智能充电监测管理系统后的经济开支减少了30.11万元。

2）时间经济效益。使用该系统后免去了工作人员的考勤时间，节省费用达1.78万元，同时也提高了工作效率。

3）故障经济效益。由于矿灯故障问题影响工作面生产进度，进而造成经济损失。此系统可减少因矿灯故障引起的最小经济损失为247.33万元。

综合分析，共创经济效益279.22万元，效果明显。

3.2 灯房智能充电监测管理系统的社会效益

使用矿灯智能充电监测管理系统后，其带来的社会效益显著。利用该系统及时发现问题矿灯，确保故障矿灯不下井，保证了矿山的安全生产，保证了矿灯电量充足，提高了矿山生产效率；引进矿山自动化技术，提升了煤矿科学管理水平，为矿山向机械化、自动化、智能化程度大发展提供了数据化指导，社会效益巨大。

4 结论

1）矿灯智能充电监测管理系统采用红外传感技术对矿灯进行定位监测，并利用光谱锁相测量技术，增强了系统红外抗干扰能力，确保了定位监测的精度及系统可靠性；

2）矿灯智能充电监测管理系统采用AD数模采样技术，实现了矿灯管理的自动化、智能化管理；

3）某矿应用矿灯智能充电监测管理系统后，矿灯充电效率得到提高，其经济、社会效益显著。

[1] 曹凯.矿灯智能充电管理系统[D].济南：济南大学，2013:1-2.

[2] 孙继平.煤矿井下安全避险“六大系统”的作用和配置方案[J].工矿自动化，2010（11）：1-4.

[3] 朱和强.煤矿矿灯房数字化监控管理系统应用 [J].煤炭技术，2011（1）：21；24.

[4] 杜明利.现代化矿井灯房智能充电架管理系统[J].自动化应用，2013（10）：13；68.

[5] 张国强，王玮.矿灯充电管理系统的设计与实现[J].煤炭技术，2010（12）：232-234.