【摘要】：隨著礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的無(wú)線監(jiān)測(cè)設(shè)備及裝置安裝到煤礦井下巷道中,以此滿足煤礦不斷增長(zhǎng)的礦山安全監(jiān)測(cè)需求。但是,與煤礦井下的普通巷道不同,井下工作面是一個(gè)隨著開采的推進(jìn)而動(dòng)態(tài)變化的空間,在此布置的無(wú)線的節(jié)點(diǎn)只能采用電池供電,且布置后節(jié)點(diǎn)由于所處條件差,無(wú)法更換電池,導(dǎo)致無(wú)線網(wǎng)絡(luò)生命周期短,因此目前為止,并沒(méi)有在煤礦工作面的成功應(yīng)用案例�；诖�,本文對(duì)煤礦井下無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的生命周期優(yōu)化方法展開研究,從工作面能量收集方法和低功耗路由協(xié)議設(shè)計(jì)兩個(gè)方面來(lái)延長(zhǎng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)的生命周期。首先,本文對(duì)可用于能量收集的環(huán)境能量進(jìn)行了分析,并結(jié)合井下工作環(huán)境的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了一種基于能量收集的井下綜采工作面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模型。該模型基于采煤機(jī)減速箱上布置的移動(dòng)路由節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)核心,該節(jié)點(diǎn)可以獲取機(jī)器表面的熱量轉(zhuǎn)為自身電量,并攜帶或轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)路徑上其它無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)信息,減少無(wú)線節(jié)點(diǎn)多跳通信的次數(shù)和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間,從而達(dá)到全網(wǎng)的能量均衡,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。其次,為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種能量收集裝置。本文基于溫差發(fā)電片及升壓管理模塊設(shè)計(jì)了一種井下設(shè)備表面溫差的熱電能量收集裝置,并利用該裝置為鋰離子電池供電。試驗(yàn)結(jié)果表明該電路能夠在低至100mV時(shí)持續(xù)能量采集;采用風(fēng)冷或水冷散熱方式,可使溫差發(fā)電片的穩(wěn)定輸出功率提高幾十倍;采用bq25505升壓管理模塊收集溫差熱能,可使鋰電池的放電工作時(shí)間顯著提高,并且該模塊的能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)67%。最后,根據(jù)井下綜采工作面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型,提出一種基于能量采集的分簇多跳路由協(xié)議EHCM。該協(xié)議利用采煤機(jī)上能夠收集溫差熱能的移動(dòng)路由節(jié)點(diǎn),對(duì)工作面上監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、并和設(shè)定的閾值比較后進(jìn)行存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)發(fā)。仿真結(jié)果表明該協(xié)議能夠有效的平衡和減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗;還提出一種分層次的能量補(bǔ)充模型,可以進(jìn)一步的均衡監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的剩余能量,對(duì)剩余能量較少的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量補(bǔ)充,避免局部節(jié)點(diǎn)過(guò)早死亡,從而提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
【圖文】：

電力設(shè)備的發(fā)熱，雖然大型設(shè)備本身存在散熱系統(tǒng)，但其表面溫度度。在淄礦集團(tuán)、山煤集團(tuán)、兗礦集團(tuán)等煤礦調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，，工作面采送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)表面溫度在停機(jī) 2 小時(shí)后，依然高達(dá) 48 ℃，開機(jī)度可達(dá) 60 ℃以上，具有可觀的溫差能量。特別是刮板輸送機(jī)、采冷系統(tǒng)可以加以利用，在工作面其余位置，則可利用風(fēng)冷散熱裝置端進(jìn)行散熱，能夠有效提高熱電材料兩端的溫度差，增加熱電材料率[53]。井下工作面無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型（Wireless Monitoring Sel of Working Face in Mine） 井下通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)國(guó)的煤礦大多屬于地下作業(yè)，煤礦開采會(huì)從地面向地下開掘一系列些巷道最終通至采區(qū)，即綜采工作面。整體的礦井結(jié)構(gòu)主要包括井個(gè)綜采工作面，這些井巷形狀不同、長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)可達(dá)幾萬(wàn)米，面由縱橫交錯(cuò)的巷道連接通往地面，如圖 2-2 所示。

abΔT→0ΔTdT（節(jié)點(diǎn)2導(dǎo)體a導(dǎo)體b節(jié)點(diǎn)1T1T2V圖 3-3 塞貝克效應(yīng)示意圖Figure 3-3 Schematic diagram of Seebeck effect溫 差 能 轉(zhuǎn) 換 特 性 分 析 （ Analysis of Thermal Eversion Characteristic）于第二章調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)室搭建了溫差能量收集的試用以模擬井下工作面環(huán)境，測(cè)試和分析了不同種類熱電材料的熱電同冷卻方式的熱電轉(zhuǎn)換效率。試驗(yàn)平臺(tái)如圖 3-4 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD76;TP274

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊峰;杜林;王云承;李劍;薛武;;智能傳感器熱電及磁場(chǎng)能量收集方法[J];高電壓技術(shù);2015年12期

2 陳戰(zhàn)勝;沈鴻;;能量高效的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議[J];計(jì)算機(jī)科學(xué);2015年08期

3 王新軍;黃金福;余佳鑫;;煤礦綜采工作面集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];機(jī)電工程技術(shù);2015年04期

4 孫龍;;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)最新進(jìn)展綜述[J];中國(guó)新通信;2015年06期

5 馮德旺;蘭建容;;皮帶巷電機(jī)暫態(tài)過(guò)程對(duì)電磁環(huán)境的影響[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2014年11期

6 王黎明;李海東;陳昌龍;梅紅偉;關(guān)志成;張福增;;新型高壓輸電線路低下限死區(qū)大功率在線取能裝置[J];高電壓技術(shù);2014年02期

7 王軍;王正路;程勇;水泱;顧秀云;朱雪剛;;空間相關(guān)性的數(shù)據(jù)收集協(xié)議的研究[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2014年02期

8 李雯婷;李燈熬;趙菊敏;趙寶峰;;礦井無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2013年34期

9 趙興強(qiáng);溫志渝;;柔性梁顫振機(jī)理在壓電式微型風(fēng)能收集器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào);2013年08期

10 焦斌亮;付偉;趙德功;;高壓輸電線路CT取能電源的設(shè)計(jì)[J];電源技術(shù);2013年01期

本文編號(hào)：2659505