节能型多功能一体化矿灯制造技术

节能型多功能一体化矿灯属矿灯领域，是国内外煤矿井下所用传统矿灯的彻底变革，不再是安全帽和插在安全帽前部的灯，而是电池在安全帽后部，用铁板保护。由于节能设计可使灯整个工作时间内照度不变。辅灯为左右两个小灯，从前额斜向射出，供坑道行走时照亮脚前两米范围，工人可抬头挺胸行走而不必拿着灯低头左右找路。开主灯后，每五分钟自动加热并检测瓦斯含量一次，如瓦斯含量体积比达１％则主灯闪光一次，达１．５％则闪光两次，随后每三分钟检测一次，如达２％，则闪光三次，提示考虑离开现场，比例标准可根据不同煤矿设定，工人在坑道分叉处进出时，自动发出本人代码，经光缆传出可定位。本矿灯比现有矿灯加安全帽轻，成本低，舒适安全方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属矿灯领域，是根据近年来科技发展和煤矿安全需要对传统矿 灯的全面改进和变革。
技术介绍
现在我国所有矿井绝大多数还使用传统的由两部份组成的分体式井下 矿灯，一为腰部背负的储存电能的蓄电池，一为插在头盔上的照明灯，经电缆接插相连，矿 工们在井下工作时，总感到电缆刮扯束缚，右侧电池负重别扭，特别是肩部扛抬物件时，这 完全应该从结构上加以解决的。随着近年的科技进步，如白色高亮度发光二极管LED，由于是冷光源，与传统的白 炽灯相比，节电效率可高达80%，寿命长达20000小时，当用于矿灯，则相应的蓄电池容量 体积和重量可大大缩小，而近年蓄电池技术的进步，镍氢电池、锂离子电池等都可以做到体 积小、容量大、无腐蚀，携带使用方便，这就促使本专利技术人想到将小体积蓄电池放在头盔内 部而使矿灯头盔成为一体，又增加两个小型辅灯斜向自动左右照路，兼作备用，这样矿工下 井时只须戴一个头盔，体态自由平衡，轻巧方便，腰部不再有侧向受力和电缆刮扯。如是 设计为产品，并申请了专利，头盔电池一体化矿灯，但是又感到工人在井下，最担心的还有 瓦斯爆炸，而瓦斯(CH4甲烷)与煤矿是不可分的，只有多和少的问题，高瓦斯矿和低瓦斯 矿，但只有当瓦斯浓度超过一定量，才有可能由火花引爆，为了彻底解决工人下井后顾之 忧，促进井下各处通风良好，保证安全生产，将瓦斯检测及超标报警电路小型化后，放在头 盔内，共用一个电池供电，定时检测，如果达到一定浓度(例如《体积比》)，则有提示 声，引起注意，随即告之井下通风管理人员密切关注，如达2%则立即声光报警，如不能尽 快改善，则考虑离开险区逃命，由于检测报警电路在自己头顶上，反应时间不到20秒，随 即可以得知何处安全，如是又申请了第二个专利，头盔电池瓦斯报警一体化矿灯，专利号 ZL200520124928. 7，其样品先后在兖州矿务局下属煤矿试用，当征求改进意见时，广大工人 都说好，非常受欢迎，因为轻巧方便又满足走路时自动照路和工作时高亮度照明要求，但是 不久兖矿负责安全检测部门告之，如称具有瓦斯报警功能的矿灯，则按井下报警器材规定， 每半年必须检测一次，每次检测费用为300元，比整个矿灯价格还高，真令人啼笑皆非，如 是我们改称为“瓦斯提示”，是指在远未达报警危险程度之前，提前告之瓦斯浓度的增长变 化趋势，只是使之密切关注的提示。这就不必要求严格的定量误差检定，如每五分钟检测瓦 斯浓度一次，若达(体积比)，则主灯闪光一次，如达1. 5%，则闪光两次，并缩短检测时 间为每三分钟检测一次，如达2 %，则闪光三次，提示考虑离开现场，而真正能引起爆炸，在 20°C时要4. 9%以上时才可能发生。这还有足够时间离开险区，因而不再称瓦斯报警功能。根据国标GB7957-2003和国家采煤机械质量监督检验中心的检测报告可知，对 矿灯照度的要求点灯开始> 900Lux(以前为SOOLux)，点灯11小时后> 600Lux(以前为 400Lux)。国家质量监督检验检疫总局订的这个标准，应该说是根据当时科技水平不得已而 为之，众所周知，电池充完电，电压最高，而放电11小时后，所存电量不多，电压较低，显然 灯泡亮度低，要在点灯后期还维持开始时的照度过去很难实现，并不是认为后期照度低是 合理的，应该的，现今都使用大功率(IW)高亮度发光二极管，这里存在两个一般不为人们 关注的问题，一是LED的正向电流和端电压，在3. 1伏以后是典型的指数曲线，电压增加一3小点，电流可大幅度增加，二是大功率LED的发光效率在受到甚至只一次很短时间的大电 流冲击，就可能受到伤害而下降，不能再恢复，因而通常都采用低压差调整管进行稳压或稳 流，目的是消耗浪费掉高出的那部分电压，而锂离子电池充满时，电压为4. 2伏，而且放电 的大部份时间为3. 7伏，而LED的端电压一般可控制在3. 2-3. 3伏(300mA时)，这样调整管 上会一直浪费很多能量，因而到放电后期调整管上最低压差保不住时，就会输出电压降低， 电流变小，亮度降下来，这是现今国内外矿灯普通存在的不足，因而利用好电池能量，进行 精打细算的节能设计很有必要，何况我们的电池还要提供瓦斯检测及发送本人代码定位信 息两项附加功能的用电，特别是瓦斯检测，传感器要加温到190-200°C以上高温，要烧去表 面沾附的油污和不洁物，这就得选用功耗低，热惯性小，反应快的半导体气敏传感器，还得 想办法定期采样检测，目的就是充分节能。煤矿发生的事故是多方面的，有冒顶、透水，当然更多的是瓦斯爆炸，虽然本专利技术 的瓦斯提示功能可有效防止，特别是对贵州云南四川等省的小煤窑，个体户，安检防范措施 少的煤矿是很实用的。但各大中型煤矿，井下人员多，事故发生后，如何抢救，抢救时急需知 道还有多少人，是谁困在井下，大致位置在什么地方，这是非常关键的问题，不少人提出过 卫星定位，也有曾想超声波通信，由于井下地层厚，泥石层严重吸收衰减无线电波，而困在 井下的工人所带电源能量极为有限，并且造价还不能高，上述设想是无法实现的。所以本 专利技术人想出了采用信息预存方法，通过光缆先传送到井上，基本上能解决定位问题，而每个 一体化矿灯上只须增加一个自动发送本人代码，传送距离仅两三米的微功耗无线电收发模 块，造价很低。当然还得在井上有计算机数据处理系统和井下各分叉路口的接收代码装置 和光缆，造价也是很低的，不但随时可定位，甚至事故发生后，只要本人不被压住还能动，还 可和外界取得联系。这是解决煤矿事故抢救的重大突破。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了使用矿灯方便、舒适、安全，而且造价低。因而首 先要改变结构，要一体化，其次是合理有效利用电池电能，提高主灯后期使用时的照度，改 善照明质量，为了增高井下工人的安全性，增加瓦斯浓度检测提示，和预先存储个人代码信 息，以便万一出现事故时的抢救定位和被困时的对外信息联络，其内容为(1)取消刮扯束缚的电缆，将电池置于头盔的后部，主灯辅灯和附加功能部件置于 头盔前部，供电的走线固定在头盔内部，这就只要一根很短很轻而价廉的双导线，两端焊牢 即可。电池采用聚合物电解液的锂离子电池，为了绝对安全，增加强度高于ABS工程塑料 (头盔材质)的铁板保护。(2)照明有主灯和辅灯，辅灯又可视为备用灯，主灯是高亮度在工作时用，为了提 高电池放电后期主灯的照度(国家标准可以低到刚开灯时的一半左右即合格)，主灯经同 步整流型DC/DC变换器模块供电，为了提高转换效率，工作频率高到1. 5MHZ，输入电压范 围宽2. 5V-5. 5V，外部无需肖特基二极管，工作压差低，调压占空比可达100 %，基准电压低 为0. 8V，电流型控制，效率可高达96%，因此能充分有效利用电池电能，如同样4. 5安时电 池，能使主灯照度达标，并整个11小时主灯照度不变，还可时间更长，而在坑道行走时只开 小功率辅灯，为改变过去工人拿着灯左右低头找路(靠近工作面的坑道高低不平，乱石很 多)，将辅灯改为左右两个小LED灯，光线从头盔前部呈60度角射向脚前两米处，工人可以 两手空空抬头挺胸行走，比以往使用老矿灯方便舒适轻巧。(3)为了提高井下工人的安全性，增设瓦斯浓度检测及闪光提示功能，传感器采用功耗低、热惯性小、反应快的二氧化锡气敏半导体瓦斯传感器，由单本文档来自技高网...

【技术保护点】
节能型多功能一体化矿灯是将电池置于头盔后部，灯和其他功能部件在头盔前部而构成一体，其特征在于：（１）高效利用电池电量，能一个充电周期内维持１１小时主灯照度不变；（２）自动定时检测周边瓦斯含量，以不同闪光次数提示不同瓦斯浓度而促进安全；（３）在坑道内行走时辅灯随人自动照亮脚前两米区域；（４）使用信息予先自动存储方法，在通过坑道分叉处时，各人自动发送各人代码信息，可通过光缆传出而定位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭映斌，彭有有，蒋家飞，
申请(专利权)人：彭映斌，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]