1、立項(xiàng)原因：

礦井巷道在掘進(jìn)工程中，掘進(jìn)機(jī)是必不可少的設(shè)備，它可以有效的提高掘進(jìn)進(jìn)度和減少掘進(jìn)循環(huán)程序。《掘進(jìn)機(jī)司機(jī)操作規(guī)程》中明確規(guī)定，‘掘進(jìn)機(jī)司機(jī)在檢查確認(rèn)其正常并在作業(yè)人員撤至安全地點(diǎn)后，方準(zhǔn)合上電源總開關(guān)，按操作程序進(jìn)行空載試運(yùn)轉(zhuǎn)....’以此來防治其他作業(yè)人員進(jìn)入掘進(jìn)區(qū)域而造成人身傷亡事故的發(fā)生。由于國內(nèi)沒有相應(yīng)的專用儀器對工作區(qū)域設(shè)立警戒，通常的做法是在掘進(jìn)機(jī)后巷道兩幫安排警戒人員。

由于煤礦井下工作環(huán)境復(fù)雜惡劣。在掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)視線清晰度不佳，由于掘進(jìn)機(jī)司機(jī)在操作時(shí)大部分注意力會(huì)集中在掘進(jìn)機(jī)前方，很少能兼顧掘進(jìn)機(jī)后方的工作人員，截割電機(jī)啟動(dòng)后，截割頭旋轉(zhuǎn)速度和扭矩都非常大。并且掘進(jìn)機(jī)經(jīng)常前進(jìn)、后退，因而原先在警戒線外的人員，因?yàn)榫蜻M(jìn)機(jī)的移動(dòng)，而處于警戒范圍內(nèi)，易造成意外事故；另外，部分警戒人員未能堅(jiān)守警戒職責(zé)，或者因?yàn)楫?dāng)班現(xiàn)場施工人員較少，班長沒有安排在掘進(jìn)機(jī)兩側(cè)設(shè)置警戒人員。因此，人工設(shè)置警戒具有隨意性，不可控性，極有可能造成其他人員誤入警戒范圍內(nèi)而造成嚴(yán)重后果。

從本質(zhì)安全方面考慮，掘進(jìn)機(jī)本身存在缺陷，不能及時(shí)、迅速感知人員的進(jìn)入，同時(shí)不能夠因?yàn)槠渌藛T的誤入，立即產(chǎn)生反應(yīng)而停止工作。另外人工設(shè)置警戒線存在著隨意性以及不嚴(yán)密性，為此，研制一種掘進(jìn)機(jī)人體自動(dòng)檢測保護(hù)裝置，就非常必要和迫切。

因此，針對掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)誤傷現(xiàn)場工作人員事故的問題，采用紅外線技術(shù)，對掘進(jìn)機(jī)控制電器電路進(jìn)行干預(yù)控制，使得掘進(jìn)機(jī)的啟動(dòng)、工作受到人體熱源的控制，從而避免非操作人員的誤入掘進(jìn)機(jī)工作區(qū)域，提高掘進(jìn)機(jī)工作面安全警戒水平，減少人生傷害事故的發(fā)生。

2、成果內(nèi)容：

2.1、“GUR5”型人體熱釋紅外傳感器

“GUR5”型人體熱釋紅外傳感器采用了熱釋電紅外傳感信號(hào)處理專用集成電路，配以PIR熱釋電傳感器、菲涅爾等元器件，構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)、報(bào)警用熱釋紅外傳感器。傳感器加上光學(xué)透鏡后，其檢測距離為5m。“GUR5”型人體熱釋紅外傳感器檢測范圍示意圖如圖1所示。

“GUR5”型人體熱釋紅外傳感器可在各種有人活動(dòng)場合使用。紅外探測主要基于熱釋電紅外探測技術(shù)，運(yùn)動(dòng)人體散發(fā)出特定波長7-10um紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測人體散發(fā)的7-10um左右的紅外線而進(jìn)行工作的。通過傳感器的菲涅爾透鏡增強(qiáng)后聚焦到紅外感應(yīng)電源上，被PIR紅外探頭吸收并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)所要求的各種功能。傳感器殼體上有指示燈，當(dāng)傳感器導(dǎo)通時(shí)，指示燈亮；當(dāng)傳感器斷開時(shí)，指示燈滅。

圖1  “GUR5”型人體熱釋紅外傳感器檢測范圍示意圖

2.2、人體熱釋紅外線急停控制裝置

采用“GUR5”型人體熱釋紅外傳感器成套設(shè)備與華宇KT101控制箱進(jìn)行閉鎖關(guān)聯(lián)，并把KT101控制箱安裝在機(jī)組后方5米處轉(zhuǎn)載機(jī)上兩側(cè)，用紅外線組成兩道安全墻。人體熱釋紅外急?？刂蒲b置原理示意圖2

當(dāng)人體誤入紅外感應(yīng)區(qū)域時(shí)，“GUR5”型人體熱釋紅外傳感器自動(dòng)探測人體發(fā)射的7-10um左右的紅外線，將給華宇控制箱中的繼電器一個(gè)電流信號(hào)，該信號(hào)的切入能使控制箱中的斷電器工作，斷開控制系統(tǒng)中控制掘進(jìn)機(jī)開停的閉鎖控制回路，從而達(dá)到停止掘進(jìn)機(jī)主回路的目的，掘進(jìn)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，保障了人員的安全。

人體熱釋紅外急?？刂蒲b置原理示意圖

2.3、人體熱釋紅外線急?？刂蒲b置工工作原理

“GUR5”型人體熱釋紅外傳感器電源由機(jī)組電控箱提供DC127V電源，VCC接入+127V，GDN接入-127V，并由華宇KT101控制箱為“GUR5”型人體熱釋紅外傳感器提供36V電源，當(dāng)施工人員由遠(yuǎn)而近進(jìn)入傳感器的感應(yīng)范圍，傳感器檢測到人體發(fā)射的7-10um左右的紅外線時(shí)，經(jīng)過傳感器內(nèi)部工作輸出信號(hào)為低電平，使華宇KT101控制箱中的繼電器工作，其主觸點(diǎn)斷開，切斷掘進(jìn)機(jī)控制回路，主電路斷電，掘進(jìn)機(jī)停止工作；當(dāng)施工人員由近而遠(yuǎn)離開傳感器感應(yīng)范圍，自動(dòng)延時(shí)8-15s后由低電平輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為高電平輸出信號(hào)，華宇KT101控制箱中的繼電器工作恢復(fù)，為掘進(jìn)機(jī)再次啟動(dòng)做準(zhǔn)備。

人體熱釋紅外線急?？刂蒲b置安裝位置示意圖                  

3、創(chuàng)新點(diǎn)：

采用目前成熟的紅外線技術(shù)對掘進(jìn)就電氣電路進(jìn)行干預(yù)控制，使得掘進(jìn)機(jī)的啟動(dòng)、工作受到人體熱源的控制。該裝置不僅要保證檢測系統(tǒng)可靠，還要充分保障操作系統(tǒng)簡單，研制成本低、現(xiàn)場安裝方便。具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

3.1、在掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，有人員進(jìn)入掘進(jìn)機(jī)操作范圍內(nèi)時(shí)，存在一種自動(dòng)感應(yīng)、檢測、報(bào)警裝置，并從聲光上給予提醒，杜絕人員誤入，同時(shí)要保證掘進(jìn)機(jī)前方和后方無人時(shí)方可啟動(dòng)掘進(jìn)機(jī)。

3.2、人員在進(jìn)入施工范圍內(nèi)時(shí)能夠自動(dòng)報(bào)警并切斷掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行，從而杜絕生產(chǎn)和人身安全事故的發(fā)生。

3.3、便于現(xiàn)場施工和安裝，設(shè)計(jì)合理，體積小，不影響掘進(jìn)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和所有使用功能。

3.4、加工制作簡單，成本低。

4、社會(huì)效益：

該裝置的使用，大大提高了掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)安全性，減少掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)事故及掘進(jìn)機(jī)傷人的問題，保證了巷道掘進(jìn)施工的安全。

4.1、該項(xiàng)目實(shí)施可以很好的提高自動(dòng)檢測、警戒能力，方便迅速管理與控制，實(shí)施動(dòng)態(tài)連續(xù)檢測并報(bào)警，完全代替原有人工設(shè)置警戒，確保掘進(jìn)機(jī)更安全可靠的使用。

4.2、可以扭轉(zhuǎn)掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)事故及人身事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，促進(jìn)安全效益的提高。

4.3、該裝置不影響掘進(jìn)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，不影響掘進(jìn)機(jī)的各項(xiàng)功能的正常發(fā)揮。推廣應(yīng)用前景廣闊。