CN102562139A - 矿山救生舱智能工作方法及智能化矿山救生舱 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种矿山救生舱智能工作方法及智能化矿山救生舱，智能化矿山救生舱中设置有救生舱智能系统，救生舱智能系统由地下通信装置、RFID读取器、人体状态参数采集器、环境参数采集器、环境参数调节器所构成，智能化救生舱所采用的矿山救生舱智能工作方法使得智能化救生舱中的地下通信装置与地面通信装置之间的双向通信有较强的抗灾性及抗破坏性，在灾害事故发生时，智能化救生舱能够通过其中的地下通信装置与地面通信装置之间保持通信，实时进行相关信息的双向传输，并能自动进行环境参数的调节及方便外部远程监控及救援，对避险人员提供较好的保护措施及救援条件，具有方便实用的特点。

Description

矿山救生舱智能工作方法及智能化矿山救生舱

技术领域

本发明为矿山救生舱智能工作方法及智能化矿山救生舱，属于矿山安全设施技术领域。

背景技术

矿山救生舱是目前应对矿山灾害事故时，对地下人员提供避险场所的一种救援措施，在现有的矿山救生舱及地下人员与地面之间的通信方式中，都是对地下通信设备与地面通信设备之间采用通信实回线或光纤线路连接进行通信的方法，这样做的缺陷是：当地下巷道发生塌方、爆炸、燃烧及透水时，容易损坏通信实回线或光纤线路而造成通信中断，一旦事故发生及通信线路中断，则地面对地下各个救生舱内的情况不明，如：哪个救生舱有避险人员、人员及救生舱当前状态如何等，给外部救援带来一定的困难，并且现有的矿山救生舱自动化程度低，不能实现自动进行环境参数调节及远程设置调节，不利于对避险人员的保护。

发明内容

鉴于上述原因及问题，本发明的目的在于提供一种矿山救生舱智能工作方法及智能化矿山救生舱，使得救生舱的地下通信装置与地面通信装置之间的双向通信有较强的抗灾性及抗破坏性，在灾害事故发生时，智能化救生舱能够通过所设置的救生舱智能化系统采集避险人员及环境参数，并通过其中的地下通信装置与地面通信装置提供双向通信，实时进行相关信息的双向传输，并能自动进行环境参数的调节及方便外部远程监控及救援，对避险人员提供较好的保护措施及救援条件，具有方便实用的特点。

为达到上述目的，本发明提供一种矿山救生舱智能工作方法，包含有多个智能矿山救生舱、设置在智能矿山救生舱中的救生舱智能系统、RFID读取器、地下通信装置及地面通信装置，地下通信装置含有天线选择器、多个接入外线，其特征在于选择采用以下工作方法：

（1）    对各个所述的智能矿山救生舱内的地下通信装置设置对应的地址码、环境参数、装备配置参数；

（2）    地面通信装置设置有各个地址码、环境参数、装备配置参数所对应的救生舱的位置、装备配置及当前状态信息、环境状态信息图表参数及显示图形；

（3）    救生舱智能系统对救生舱的温度、湿度、含氧量、水位、有害气体、烟雾环境参数进行采集及编码得到环境参数编码；

（4）    救生舱智能系统通过RFID读取器采集救生舱内人员的RFID信息码；

（5）    救生舱智能系统对救生舱内人员数量、温度、呼吸、心电人体状态参数进行采集及编码得到人体状态编码；

（6）    地下通信装置通过天线选择器检测各个接入外线的指标、调节匹配参数，选择接入作为天线，并根据天线测试指标选择设定地下通信装置的无线工作频点及传输制式；

（7）    地下通信装置与地面通信装置之间采用低频无线通信方法进行双向通信；

（8）    地下通信装置与地面通信装置之间采用超声波通信方法进行双向通信；

（9）    地下通信装置将救生舱的对应地址码、救生舱内人员的RFID信息码、环境参数编码及人体状态编码通过低频无线通信方法及超声波通信方法发送到地面通信装置进行存储及显示； 

（10）地面通信装置将对应救生舱地址码及对应指令通过低频无线通信方法及超声波通信方法发送到对应的救生舱的地下通信装置；

（11）所述的智能矿山救生舱中的地下通信装置根据接收到的对应救生舱地址码及对应指令参数进行环境调节及环境参数设置，救生舱智能系统根据设置的指令参数及环境参数作对应的通风排气、抽水、供氧、调温、灭火处理及显示。

为实现本发明所述的工作方法，本发明还介绍一种智能化矿山救生舱，其特征在于所述的救生舱有一个救生舱智能系统，救生舱智能系统中有一个地下通信装置、一个RFID读取器、一个人体状态参数采集器、一个环境参数采集器、一个环境参数调节器，地下通信装置中有一个低频无线收发信机、一个超声波收发信机、一个微处理系统、两个调制解调器、一个天线选择器，天线选择器中有一个转接开关矩阵、一个天线测试器、四个外接天线口、四个干扰隔离器、四个天线匹配器，转接开关矩阵的分支端分别与外接天线口相连接，天线选择器的各个外接天线口分别与外接通信实回线、外接电源线、建筑钢筋、钢轨相连接，天线测试器的输入端分别与各个天线匹配器输出端相连接，转接开关矩阵的各个分支端分别与天线匹配器输出端相连接，转接开关矩阵的合路端与低频无线收发信机的天线接口相连接，低频无线收发信机的信号输入输出端与一个调制解调器的模拟信号输出输入端相连接，超声波收发信机的超声信号输出输入端与钢筋混凝土构件及钢筋相连接，超声波收发信机的电信号输入输出端与另一个调制解调器的模拟信号输出输入端相连接， RFID读取器的信息输出端及工作控制端、人体状态参数采集器的采集信号输出端、环境参数采集器的采集信号输出端、环境参数调节器的工作控制输出输入端、调制解调器的数字信号输出输入端、天线测试器的测试输出端、天线匹配器参数设置输入端、转接开关矩阵转接状态控制端分别与微处理系统的工作控制输入输出端相连接。

本发明的工作原理为：由于低频无线信号能够在地下传输较远的距离，超声波信号能够在固体及液体介质中也能传输较远的距离，而对于低频无线通信来说，只要有一定长度的外线及满足天线基本指标，即可作为天线实现通信传输，如通信电缆实回线、电源线、钢轨、钢筋在基本满足天线指标的条件下都可以作为天线使用，天线选择器中的干扰隔离器将接入外线上的强电信号及干扰信号予以隔离及滤除，天线选择器中的天线测试器对多个接入外线，即外接电源线、外接通信实回线、建筑钢筋、钢轨的天线指标进行检测，如驻波比、匹配阻抗指标，在对各自的天线匹配器进行调节后，选择匹配指标最好的接入外线线路通过转接开关矩阵接入作为天线，即选择如驻波比、阻抗匹配指标最好的接入外线（如：通信电缆实回线、电源线、钢轨、钢筋）予以转接，作为低频无线收发信机的收发天线，并根据天线测试指标选择地下通信装置的无线工作频点及传输制式，以便于提供更好的通信传输效果；对于超声波信号来说，只要超声波换能器与传输介质有所接触，就可以实施传输及通信，如水下、钢轨、钢筋混凝土构件等，都可以传输超声波信号；本发明对每一个智能化救生舱内的地下通信装置设置有对应的地址码、环境参数、装备配置参数，并采用计算机图形显示各个地址码所对于的救生舱的状态，如地下位置、环境参数及装备配置情况及状态，使得地面人员平时就能够对救生舱的分布情况、当前状态予以了解，当灾害事故发生时，智能化矿山救生舱通过救生舱智能系统中的RFID读取器、人体状态参数采集器、环境参数采集器采集相关信息，得到对应救生舱内的人员及状态信息、救生舱环境信息，并将有人救生舱所在的位置、该救生舱当前的状态，该救生舱内人员的当前状态信息通过地下通信装置传输到地面通信装置及通过计算机进行图形显示，环境参数调节器根据所设置的环境参数对救生舱内部环境进行自动调节，排除有毒气体、供氧、抽水、灭火，为避险人员提供更好的保护；在常规通信线路被损坏时，地下救生舱通信装置与地面通信装置通过低频无线通信系统及超声波收发信机传输信息，即可使得地面人员对地下救生舱的状态予以了解，便于外部人员实施救援，也可以远程发布指令参数控制环境参数调节器进行环境调节及设置其环境参数。

附图说明

图1是本发明一实施例的实现矿山救生舱智能工作方法的系统构成原理图；

图2是本发明一智能化矿山救生舱的救生舱智能系统构成电原理图；

在图1及图2中，对于具有同一功能的部件在各附图中采用相同的编号来表示，以避免编号过多而带来混乱。

具体实施方式

下面以附图为例说明本发明的实施例：

图1是本发明一实施例的实现矿山救生舱智能工作方法的系统构成原理图，其中：

A为地面通信装置；B1~Bn为救生舱智能系统， B1~Bn结构相同，其电路构成原理详见附图2所示；其中A与B1~Bn的系统结构基本相同，其差别在于A中含有计算机服务器系统及各个救生舱内救生舱智能系统的数据库、操作系统及图形显示界面；

图2是本发明一实施例的智能化矿山救生舱的救生舱智能系统构成电原理图，其中的救生舱智能系统B1~Bn结构相同；

在B1~Bn中：1~4为外接天线口，每个外接天线口中有一个干扰隔离器，由强电隔离器及干扰滤波器构成，对强电信号及干扰信号予以隔离及滤除；5~8为天线匹配器，其中各有一个阻抗匹配调谐器、驻波比调谐器；9为天线选择器，其中有一个转接开关矩阵、一个天线测试器；10为低频无线收发信机，采用常规低频无线收发信机模块即可；11为调制解调器，采用数模转换调制解调器即可；12为RFID读取器，采用常规无线射频识别电子标签读取器，并且与工作人员所携带电子标签相匹配即可；13为微处理系统，采用常规单片机、键盘及显示器构成；14为人体状态传输采集器，采用人体温度传感器、血压测试器、心电测试器、呼吸测试器构成；15为超声波收发器，采用换能器，即压电晶体构成；16为超声波收发信机，采用电信号放大器、超声波收发信机调制解调器构成；17为调制解调器，采用数模转换调制解调器即可； 18为环境参数采集器及环境参数调节器，环境参数采集器采用环境温度传感器、有毒气体传感器（如一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、瓦斯传感器）、烟雾传感器、湿度传感器、水位传感器、氧气传感器构成，环境参数调节器采用排气机、抽水机、供氧机、温度调节器、自动灭火机构成；转接开关矩阵的分支端分别与外接天线口相连接，天线选择器的外接天线口分别与外接通信实回线、外接电源线、建筑钢筋、钢轨相连接，天线测试器的输入端分别与各个天线匹配器输出端相连接，转接开关矩阵的各个分支端分别与天线匹配器输出端相连接，转接开关矩阵的合路端与低频无线收发信机的天线接口相连接，低频无线收发信机的信号输入输出端与一个调制解调器的模拟信号输出输入端相连接，超声波收发信机的超声信号输出输入端与钢筋混凝土构件及钢筋相连接，超声波收发信机的电信号输入输出端与另一个调制解调器的模拟信号输出输入端相连接，RFID读取器的信息输出端及工作控制端、人体状态参数采集器的采集信号及工作控制输出输入端、环境参数采集及控制器的采集信号及工作控制输出输入端、调制解调器的数字信号输出输入端、天线测试器的测试输出端、天线匹配器参数设置输入端、转接开关矩阵转接状态控制端、供氧机工作控制端、空调机工作控制端、排气机工作控制端、抽水机工作控制端、自动灭火机工作控制端分别与微处理系统的工作控制输入输出端相连接；

按照附图1及附图2所示元器件及模块构成及上述连接关系说明完成相互连接，对各个微处理系统编制工作软件即可完成本发明的实施例。

本发明所述的矿山救生舱智能工作方法，还可以是所述的地下通信装置与地面通信装置之间采用甚低频无线通信方法进行双向通信，地下通信装置将救生舱的对应地址码、救生舱内人员的RFID信息码、环境参数编码及人体状态编码通过甚低频无线通信方法发送到地面通信装置进行存储及显示，由于甚低频无线通信电磁波在地下传输中可以传输更远的距离，采用这样的工作方法可以方便本发明的实施工作、降低成本。

本发明所述的智能化矿山救生舱，还可以是其中所述的天线选择器中有一个专用天线口、一个电缆外导体接口、一个光缆加强芯接口、三个分别对应于专用天线口、电缆外导体接口、光缆加强芯接口的干扰隔离器、三个分别对应于专用天线口、电缆外导体接口、光缆加强芯接口的天线匹配器，专用天线口与专用天线相连接，电缆外导体接口与通信电缆外导体相连接，光缆加强芯接口与光缆金属加强芯连接；这样可以在有条件时及测试匹配后选择设置的专用天线、利用已有的通信电缆外屏蔽层或外铠装金属导体、利用光缆内部的金属加强芯作为地下通信装置的外接天线，使得本发明更容易实施。

本发明所述的智能化矿山救生舱，还可以是其中的人体状态参数采集器中有一个人体温度传感器、一个血压测试器、一个心电测试器、一个呼吸测试器，环境参数采集器中有一个环境温度传感器、一个有毒气体传感器、一个烟雾传感器、一个湿度传感器、一个水位传感器、一个氧气传感器，环境参数调节器中有一个供氧机、一个空调机、一个排气机、一个抽水机、一个自动灭火机，人体温度传感器的信息采集输出端及工作控制端、血压测试器的信息采集输出端及工作控制端、心电测试器的信息采集输出端及工作控制端、呼吸测试器的信息采集输出端及工作控制端、环境温度传感器的信息采集输出端及工作控制端、有毒气体传感器的信息采集输出端及工作控制端、烟雾传感器的信息采集输出端及工作控制端、湿度传感器的信息采集输出端及工作控制端、水位传感器的信息采集输出端及工作控制端、氧气传感器的信息采集输出端及工作控制端、供氧机工作控制端、空调机工作控制端、排气机工作控制端、抽水机工作控制端、自动灭火机工作控制端分别与微处理系统的信息及工作控制输入输出端相连接，这样就可对所述的救生舱内的人体及环境作准确的监测，并对环境参数进行自动调节，为避险人员提供良好的保护环境，方便本发明的应用。

本发明所述的智能化矿山救生舱，还可以在所述的地下通信装置中有一个甚低频无线收发信机，所述的天线匹配器中有一个电调阻抗匹配器、一个电调驻波比调谐器，转接开关矩阵的合路端与甚低频无线收发信机的天线接口相连接，甚低频无线收发信机的信号输入输出端与一个调制解调器的模拟信号输出输入端相连接，电调阻抗匹配器及电调驻波比调谐器的工作参数设置端及特性参数输出端分别与微处理系统的工作控制输入输出端相连接，这样就可以使得地下通信装置与地面通信装置之间有更大的通信传输距离，并且对接入外线的天线指标的自动调节更为方便。

本发明的智能化矿山救生舱，还可以是所述的地下通信装置及地面通信装置中包含光通信设备（即光端机）、电通信设备（即电话机、低频无线通信机或甚低频无线通信机），在地下通信装置及地面通信装置之间有一根螺旋形光纤线路、一根螺旋形钢丝外线，所述的地下通信装置的光通信设备（即光端机）通过螺旋形光纤线路与地面通信装置的光通信设备（即光端机）相连接，所述的地下通信装置的电通信设备（即电话机、低频无线通信机或甚低频无线通信机）通过螺旋形钢丝外线与地面通信装置的电通信设备（即电话机、低频无线通信机或甚低频无线通信机）相连接；由于螺旋形光纤线路及螺旋形钢丝外线有较好的延展性，在坑道中出现塌方事故时不易被砸断或拉断，能够提高本发明的通信可靠性。

本发明的智能化矿山救生舱，还可以是有一根钢管，钢管的一端与所述的救生舱的地下通信装置的天线转接器的外接天线口及超声波换能器相连接，钢管的另一端与地面通信装置的天线接口端及超声波换能器相连接，这样所设置的钢管既可以作为无线通信及超声波通信的传输通道，也可以作为救援时的掘进指示标示，方便本发明的实施应用。

本发明的智能化矿山救生舱，还可以是其中所述的地下通信装置在地下隧道中任意位置单独设置，这样可以方便本发明的推广应用。

本发明介绍了一种矿山救生舱智能工作方法及智能化矿山救生舱，智能化矿山救生舱中设置有救生舱智能系统，救生舱智能系统由地下通信装置、RFID读取器、人体状态参数采集器、环境参数采集器、环境参数调节器所构成，智能化救生舱所采用的矿山救生舱智能工作方法使得智能化救生舱中的地下通信装置与地面通信装置之间的双向通信有较强的抗灾性及抗破坏性，在灾害事故发生时，智能化救生舱能够通过其中的地下通信装置与地面通信装置之间保持通信，实时进行相关信息的双向传输，并能自动进行环境参数的调节及方便外部远程监控及救援，对避险人员提供较好的保护措施及救援条件，具有方便实用的特点。

Claims (8)

1.一种矿山救生舱智能工作方法，包含有多个智能矿山救生舱、设置在智能矿山救生舱中的救生舱智能系统、RFID读取器、地下通信装置及地面通信装置，地下通信装置含有天线选择器、多个接入外线，其特征在于选择采用以下工作方法：

（1）对各个所述的智能矿山救生舱内的地下通信装置设置对应的地址码、环境参数、装备配置参数；

（2）地面通信装置中设置有各个地址码、环境参数、装备配置参数所对应的救生舱的位置、装备配置及当前状态信息、环境状态信息图表参数及显示图形；

（3）救生舱智能系统对救生舱的温度、湿度、含氧量、水位、有害气体、烟雾环境参数进行采集及编码得到环境参数编码；

（4）救生舱智能系统通过RFID读取器采集救生舱内人员的RFID信息码；

（5）救生舱智能系统对救生舱内人员数量、温度、呼吸、心电人体状态参数进行采集及编码得到人体状态编码；

（6）地下通信装置通过天线选择器检测各个接入外线的指标、调节匹配参数，选择接入作为天线，并根据天线测试指标选择设定地下通信装置的无线工作频点及传输制式；

（7）地下通信装置与地面通信装置之间采用低频无线通信方法进行双向通信；

（8）地下通信装置与地面通信装置之间采用超声波通信方法进行双向通信；

（9）地下通信装置将救生舱的对应地址码、救生舱内人员的RFID信息码、环境参数编码及人体状态编码通过低频无线通信方法及超声波通信方法发送到地面通信装置进行存储及显示； 

（10）地面通信装置将对应救生舱地址码及对应指令通过低频无线通信方法及超声波通信方法发送到对应的救生舱的地下通信装置；

（11）所述的智能矿山救生舱中的地下通信装置根据接收到的对应救生舱地址码及对应指令参数进行环境调节及环境参数设置，救生舱智能系统根据设置的指令参数及环境参数作对应的通风排气、抽水、供氧、调温、灭火处理及显示。

2.如权利要求1所述的矿山救生舱智能工作方法，其特征在于所述的地下通信装置与地面通信装置之间采用甚低频无线通信方法进行双向通信，地下通信装置将救生舱的对应地址码、救生舱内人员的RFID信息码、环境参数编码及人体状态编码通过甚低频无线通信方法发送到地面通信装置进行存储及显示。

3.一种智能化矿山救生舱，其特征在于所述的救生舱有一个救生舱智能系统，救生舱智能系统中有一个地下通信装置、一个RFID读取器、一个人体状态参数采集器、一个环境参数采集器、一个环境参数调节器，地下通信装置中有一个低频无线收发信机、一个超声波收发信机、一个微处理系统、两个调制解调器、一个天线选择器，天线选择器中有一个转接开关矩阵、一个天线测试器、四个外接天线口、四个干扰隔离器、四个天线匹配器，转接开关矩阵的分支端分别与外接天线口相连接，天线选择器的各个外接天线口分别与外接通信实回线、外接电源线、建筑钢筋、钢轨相连接，天线测试器的输入端分别与各个天线匹配器输出端相连接，转接开关矩阵的各个分支端分别与天线匹配器输出端相连接，转接开关矩阵的合路端与低频无线收发信机的天线接口相连接，低频无线收发信机的信号输入输出端与一个调制解调器的模拟信号输出输入端相连接，超声波收发信机的超声信号输出输入端与钢筋混凝土构件及钢筋相连接，超声波收发信机的电信号输入输出端与另一个调制解调器的模拟信号输出输入端相连接， RFID读取器的信息输出端及工作控制端、人体状态参数采集器的采集信号及工作控制输出输入端、环境参数采集器的采集信号及工作控制输出输入端、环境参数调节器的工作控制输出输入端、调制解调器的数字信号输出输入端、天线测试器的测试输出端、天线匹配器参数设置输入端、转接开关矩阵转接状态控制端分别与微处理系统的工作控制输入输出端相连接。

4.如权利要求3所述的一种智能化矿山救生舱，其特征在于所述的天线选择器中有一个专用天线口、一个电缆外导体接口、一个光缆加强芯接口、三个分别对应于专用天线口、电缆外导体接口、光缆加强芯接口的干扰隔离器、三个分别对应于专用天线口、电缆外导体接口、光缆加强芯接口的天线匹配器，专用天线口与专用天线相连接，电缆外导体接口与通信电缆外导体相连接，光缆加强芯接口与光缆金属加强芯相连接。

5.如权利要求3所述的一种智能化矿山救生舱，其特征在于其中的人体状态参数采集器中有一个人体温度传感器、一个血压测试器、一个心电测试器、一个呼吸测试器，环境参数采集器中有一个环境温度传感器、一个有毒气体传感器、一个烟雾传感器、一个湿度传感器、一个水位传感器、一个氧气传感器，环境参数调节器中有一个供氧机、一个空调机、一个排气机、一个抽水机、一个自动灭火机，人体温度传感器的信息采集输出端及工作控制端、血压测试器的信息采集输出端及工作控制端、心电测试器的信息采集输出端及工作控制端、呼吸测试器的信息采集输出端及工作控制端、环境温度传感器的信息采集输出端及工作控制端、有毒气体传感器的信息采集输出端及工作控制端、烟雾传感器的信息采集输出端及工作控制端、湿度传感器的信息采集输出端及工作控制端、水位传感器的信息采集输出端及工作控制端、氧气传感器的信息采集输出端及工作控制端、供氧机工作控制端、空调机工作控制端、排气机工作控制端、抽水机工作控制端、自动灭火机工作控制端分别与微处理系统的信息及工作控制输入输出端相连接。

6.如权利要求3或4所述的一种智能化矿山救生舱，其特征在于所述的地下通信装置中有一个甚低频无线收发信机，所述的天线匹配器中有一个电调阻抗匹配器、一个电调驻波比调谐器，转接开关矩阵的合路端与甚低频无线收发信机的天线接口相连接，甚低频无线收发信机的信号输入输出端与一个调制解调器的模拟信号输出输入端相连接，电调阻抗匹配器及电调驻波比调谐器的工作参数设置端及特性参数输出端分别与微处理系统的工作控制输入输出端相连接。

7.如权利要求3所述的一种智能化矿山救生舱，所述的地下通信装置及地面通信装置中包含光通信设备、电通信设备、其特征在于有一根螺旋形光纤线路、一根螺旋形钢丝外线，所述的地下通信装置的光通信设备通过螺旋形光纤线路与地面通信装置的光通信设备相连接，所述的地下通信装置的电通信设备通过螺旋形钢丝外线与地面通信装置的电通信设备相连接。

8.如权利要求3所述的一种智能化矿山救生舱，其特征在于有一根钢管，钢管的一端与所述的救生舱的地下通信装置的天线转接器的外接天线口及超声波换能器相连接，钢管的另一端与地面通信装置的天线接口端及超声波换能器相连接。

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