CN105089700A - 一种矿井安全监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井安全监测系统，属于安全监测系统技术领域。该监测系统包括瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块、矿井罐道变形检测模块、中央处理器模块和报警模块，所述矿井罐道变形检测模块包括安装在矿井内的激光发射器、监测光拦和激光接收器。本发明可实时监控矿井内的环境参数和矿井罐道的弹形变缺陷，最大限度的减少安全事故的发生，为矿工的生命安全提供有利的保证。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井安全监测系统，属于安全监测系统技术领域。
背景技术
煤矿事故是煤矿作业中经常需要面对的重大问题，它严重威胁矿工的生命财产安全。煤矿事故发生的原因多种多样，例如瓦斯浓度超标、井下氧气不足和罐道变形引起的矿井塌方。
申请号为201210547195.2，申请日为2012年12月17日的发明专利申请提供了一种矿井安全监测系统，包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源模块，还包括有终端图像监测设备和环境参数监测仪表，所述终端图像监测设备包括无线视频摄像头和无线电话，所述传感器模块连接有自动报警装置。该发明能够在矿井环境中可靠的完成无线网络接入功能，操作系统能够调度多任务、具有实时性以及能够自组网络的协议标准。能够大大提高矿井安全系统的数据传输性能和效率，为减少矿井事故的发生起到了很好的保障作用。
申请号为201310464742.5，申请日为2013年9月30日的发明专利申请公开了一种基于无线网络的矿井安全监测系统，包括：一瓦斯浓度传感器；一空气流量传感器；一空气湿度传感器；一无线网络通讯系统，所述中继路由、汇聚节点与监控中心处理器之间通过无线网络通讯。该发明可实现实时监测并对异常情况通过报警器进行警告，可最大限度减少安全事故的发生，具有开放性好，实时性高和安全性好等特点，为各种监测监控系统的传输提供高速通道，最大限度实现子系统的信息共享，便于系统的扩展。
申请号为201410121549.6，申请日为2014年3月28日的发明专利申请公开了一种矿井综合在线监测系统，包括存储有矿井三维电子地图的地面监控中心，所述地面监控中心通过组成环网的交换机连接有若干监控分站控制器，每个监控分站控制器连接有逃生系统控制器、风门控制器、风速传感器、振动传感器、风门电子百叶窗和温湿度传感器；所述风门控制器连接有风门开闭状态传感器、声光报警器、红外传感器、手动控制按钮和电磁阀；该发明的有益效果是：综合了风门控制、逃生指示、环境监测等方面的监测，使矿井的在线监测更加集中、及时和全面，提高了矿井的管理效率和水平，提高了矿井的安全性。
现有的矿井安全监测系统都注重对井下环境的监测，如温湿度、瓦斯浓度等数据，而对罐道变形的监测不够严密,一旦罐道变形严重容易威胁矿井安全生产。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种矿井安全监测系统，能够测量出矿井罐道的弹性形变缺陷，避免因矿井罐道形变导致的塌方事故，保证矿工们的生命安全。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种矿井安全监测系统，包括瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块、矿井罐道变形检测模块、中央处理模块和报警模块，其中瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块和矿井罐道变形检测模块分别与中央处理模块连接，中央处理模块与报警模块连接；
所述矿井罐道变形检测模块包括安装在矿井内的激光发射器、监测光拦和激光接收器，所述的激光发射器采用可见光半导体激光器，由内倒置望远镜把激光扩束，获得发散角为毫弧度以下的光束；输出激光光强符合X-Y两维均是等腰高斯分布；
所述的监测光拦由中心通光圆管状光拦构成，通光孔的直径等于通过待监测位置激光束的直径；监测光拦的直径与长度之比大于1；
所述激光发射器的高斯光束光轴和激光接收器的光轴以及监测光拦光轴共线设置。
作为本发明的一种优选技术方案：所述瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块和矿井罐道变形检测模块分别与中央处理模块通过无线通信模块连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述无线通信模块通过GPRS或者3G网络与无线通信网络相连。
作为本发明的一种优选技术方案：所述报警模块为声光报警器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述中央处理模块采用Atmel公司生产的基于ARM920T内核的嵌入式微处理器AT91RM920。
作为本发明的一种优选技术方案：所述瓦斯浓度检测模块采用为M313877瓦斯浓度传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述空气湿度检测模块采用HT11空气湿度传感器。
本发明所述的一种矿井安全监测系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明可实时监控矿井内的环境参数，最大限度的减少安全事故的发生，为矿工的生命安全提供有利的保证。
2、本发明通过设置矿井罐道变形检测模块，对矿井罐道变形实时监控，便于及时发现变形位置，为矿井罐道维护提供及时数据。
3、本发明通过激光发射器、监测光拦和激光接收器检测矿井罐道形变，检测精度高；监测光拦可在矿井罐道内移动，便于对矿井罐道全区域进行检测。
附图说明
图1是本发明矿井安全监测系统的原理图。
具体实施方式
下面对本发明创造做进一步详细说明。
一种矿井安全监测系统，包括瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块、矿井罐道变形检测模块、中央处理模块和报警模块，其中瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块和矿井罐道变形检测模块分别与中央处理模块连接，中央处理模块与报警模块连接；
所述矿井罐道变形检测模块包括安装在矿井内的激光发射器、监测光拦和激光接收器，所述的激光发射器采用可见光半导体激光器，由内倒置望远镜把激光扩束，获得发散角为毫弧度以下的光束；输出激光光强符合X-Y两维均是等腰高斯分布；
所述的监测光拦由中心通光圆管状光拦构成，通光孔的直径等于通过待监测位置激光束的直径；监测光拦的直径与长度之比大于1；
所述激光发射器的高斯光束光轴和激光接收器的光轴以及监测光拦光轴共线设置。
作为本发明的一种优选技术方案：所述瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块和矿井罐道变形检测模块分别与中央处理模块通过无线通信模块连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述无线通信模块通过GPRS或者3G网络与无线通信网络相连。
作为本发明的一种优选技术方案：所述报警模块为声光报警器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述中央处理模块采用Atmel公司生产的基于ARM920T内核的嵌入式微处理器AT91RM920。
作为本发明的一种优选技术方案：所述瓦斯浓度检测模块采用为M313877瓦斯浓度传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述空气湿度检测模块采用HT11空气湿度传感器。
本发明通过设置矿井罐道变形检测模块，对矿井罐道变形实时监控，便于及时发现变形位置，为矿井罐道维护提供及时数据。本发明通过激光发射器、监测光拦和激光接收器检测矿井罐道形变，检测精度高。
本发明中激光发射器采用可见光半导体激光器，由内倒置望远镜把激光扩束，获得发散角为毫弧度以下的光束。
半导体激光器也称为半导体激光二极管，或简称激光二极管（LaserDiode，LD）。由于半导体材料本身物质结构的特异性以及半导体材料中电子运动规律的特殊性，使半导体激光器的工作特性具有其特殊性。 半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器，一般用N型或P型半导体单晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用N型或者P型半导体单晶如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。在半导体激光器件中，性能较好，应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。
半导体激光器采用注入电流方式泵浦。半导体激光器波长覆盖范围为紫外至红外波段（300nm--十几微米），其中1.3um与1.55um为光纤传输的两个窗口。半导体激光器具有能量转换效率高、易于进行高速电流调制、超小型化、结构简单、使用寿命才长等突出特点，使其成为最重要最具应用价值的一类的激光器。
本发明通过瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块和空气湿度检测模块实时检测矿井内的瓦斯浓度、二氧化碳浓度和空气湿度，一旦某个指标达到预警值，即发出报警信息，以便采取应急措施，避免不必要的事故发生。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种矿井安全监测系统，包括瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块、矿井罐道变形检测模块、中央处理模块和报警模块，其中瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块和矿井罐道变形检测模块分别与中央处理模块连接，中央处理模块与报警模块连接；
其特征在于，所述矿井罐道变形检测模块包括安装在矿井内的激光发射器、监测光拦和激光接收器，所述的激光发射器采用可见光半导体激光器，由内倒置望远镜把激光扩束，获得发散角为毫弧度以下的光束；输出激光光强符合X-Y两维均是等腰高斯分布；
所述的监测光拦由中心通光圆管状光拦构成，通光孔的直径等于通过待监测位置激光束的直径；监测光拦的直径与长度之比大于1；
所述激光发射器的高斯光束光轴和激光接收器的光轴以及监测光拦光轴共线设置。
2.根据权利要求1所述的一种矿井安全监测系统，其特征在于，所述瓦斯浓度检测模块、二氧化碳浓度检测模块、空气湿度检测模块和矿井罐道变形检测模块分别与中央处理模块通过无线通信模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种矿井安全监测系统，其特征在于，所述无线通信模块通过GPRS或者3G网络与无线通信网络相连。
4.根据权利要求1所述的一种矿井安全监测系统，其特征在于，所述报警模块为声光报警器。
5.根据权利要求1所述的一种矿井安全监测系统，其特征在于，所述中央处理模块采用Atmel公司生产的基于ARM920T内核的嵌入式微处理器AT91RM920。
6.根据权利要求1所述的一种矿井安全监测系统，其特征在于，所述瓦斯浓度检测模块采用为M313877瓦斯浓度传感器。
7.根据权利要求1所述的一种矿井安全监测系统，其特征在于，所述空气湿度检测模块采用HT11空气湿度传感器。
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Legal Events
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| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20151125 |