CN112345708A - 一种煤矿快速检测控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿快速检测控制系统，包括：获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度，其中，所述特征气体包括一氧化碳气体、二氧化碳气体、二氧化硫气体、甲烷和丙酮；将检测到的所述气体的类型及浓度输入至预设的自燃模型，所述自燃模型输出自燃风险；若所述自燃风险超出预设自燃风险阈值，则发送预警信号至外部终端设备。采用本发明，可以对气体信号进行精准检测，根据气体信号的检测结果来判断煤矿自燃风险。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿检测领域，特别是涉及一种煤矿快速检测控制系统。
背景技术
煤矿自燃火灾一直是中国煤矿的重大灾害之一，煤矿自燃火灾占火灾总数的90％以上，给国家和煤矿企业带来了极大的危害和经济损失。因此，对煤矿自燃发生条件的研究，以实现对煤层自燃发火早期的预测预报是一个非常重要课题，就煤矿安全而言，及时准确的煤自燃预测预报是矿井煤自燃防控的前提。
煤矿自燃是极其复杂的物理、化学共同作用的结果。在实际中，当煤矿所处环境中的气体成分处于一定比例时，容易产生煤矿自燃想象，并且在对煤矿所处环境进行气体成分检测时，往往会出现因为信号受到干扰导致检测结果不准确等现象。为了解决上述问题，本发明人提出了一种煤矿快速检测控制系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种煤矿快速检测控制系统，可以对气体信号进行精准检测，根据气体信号的检测结果来判断煤矿自燃风险。
基于此，本发明提供了一种煤矿快速检测控制系统，所述系统包括：
获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度，其中，所述特征气体包括一氧化碳气体、二氧化碳气体、二氧化硫气体、甲烷甲烷和丙酮；
将检测到的所述气体的类型及浓度输入至预设的自燃模型，所述自燃模型输出自燃风险；
若所述自燃风险超出预设自燃风险阈值，则发送预警信号至外部终端设备。
其中，所述自燃模型的获取过程包括：
获取特征气体所对应的可燃值，所述可燃值的计算公式为：
将所述可燃值输入至预设自燃风险计算公式，所述自燃风险计算公式为：
其中，A为常数，当A为预设月份时为1，其余月份为0。
其中，所述获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度包括：依次相连的气体传感器、信号调理电路、上位机，所述信号调理电路包括第一选频电路、第二选频电路、放大电路、全波整流电路、稳压电路；所述气体传感器用于采集所述特征气体的气体信号，并将所述气体信号通过所述信号调理电路的调理之后输入至所述上位机。
其中，所述第一选频电路包括：第一电阻、第一三极管、第一电容、第二电容；所述第一电阻的一端分别连接所述气体传感器的输出端、所述第一三极管的基极，所述第一电阻的另一端接地，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极分别连接所述第一电容的一端、所述第二电容的一端，所述第一电容的另一端与所述第二电容的另一端相连之后作为所述第一选频电路的输出端。
其中，所述第二选频电路包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第一MOS管、第二三极管；所述第二电阻的一端分别连接所述第一选频电路的输出端、所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端分别连接所述第四电阻的一端、所述第三电容的一端，所述第四电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端分别连接所述第一MOS管的栅极，所述第四电容的一端，所述第四电容的另一端分别连接所述第三电容的另一端、所述第五电容的一端，所述第五电容的另一端接地，所述第一MOS管的源极连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接外部电压VCC1，所述第一MOS管的漏极连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极连接外部电压VCC1，所述第二三极管的发射极连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端接地，所述第六电阻为滑动电阻，滑动端与所述第五电容的另一端相连，所述第二三极管的集电极作为所述第二选频电路的输出端。
其中，所述放大电路包括：第六电容、第七电容、第八电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第三三极管、第四三极管、第一二极管；所述第六电容的一端连接所述第二选频电路的输出端，另一端分别连接所述第三三极管的基极、第七电阻的一端、所述第八电阻的一端，所述第七电阻的另一端分别连接所述第三三极管的集电极、所述第九电阻的一端、所述第七电容的一端、所述第一二极管的负极，所述第九电阻的另一端连接外部电压VCC2，所述第七电容的另一端、所述第一二极管的正极、所述第八电阻的另一端均接地，所述第三三极管的发射极还与所述第四三极管的基极相连，所述第四三极管的集电极与所述第十电阻的一端相连，所述第十电阻的另一端连接外部电压VCC2，所述第四三极管的发射极与所述第十一电阻的一端相连，所述第十一电阻的另一端分别连接所述第十二电阻的一端、所述第八电容的一端，所述第十二电阻的另一端、所述第八电容的另一端均接地，所述第四三极管的集电极作为所述放大电路的输出端。
其中，所全波整流电路包括：第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第二二极管、第三二极管、第一运放器；所述第十三电阻的一端连接所述放大电路的输出端，所述第十三电阻的另一端分别连接所述第一运放器的同相输入端、第二二极管的负极、所述第十五电阻的一端，所述第二二极管的正极连接所述第一运放器的输出端，所述第十五电阻的另一端分别连接所述第二二极管的负极、所述第三二极管的正极，所述第三二极管的负极连接所述第一运放器的输出端，所述第一运放器的反相输入端与所述第十四电阻的一端相连，所述第十四电阻的另一端接地，所述第三二极管的正极作为所述全波整流电路的输出端。
其中，所述稳压电路包括：第十六电阻、第四二极管、第五三极管；所述第十六电阻的一端分别连接所述全波整流电路的输出端、所述第五三极管的集电极，所述第十六电阻的另一端分别连接所述第四二极管的负极，所述第四二极管的正极接地，所述第四二极管的正极还与所述第五三极管的基极相连，所述第五三极管的发射极作为所述稳压电路的输出端。
采用本发明，首先，利用一氧化碳传感器、二氧化碳传感器等气体传感器来获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度，所述气体传感器采集到的气体信号通过所述信号调理电路进行信号调理，去除干扰信号，防止上位机误判，获取用户所需气体信号并发送至上位机，上位机获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度，并将检测到的所述气体的类型及浓度输入至预设的自燃模型，所述自燃模型输出自燃风险；若所述自燃风险超出预设自燃风险阈值，则发送预警信号至外部终端设备。采用本发明可以精准的获取煤矿自燃风险，避免火灾等事故的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的煤矿快速检测系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的信号调理电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例提供的煤矿快速检测系统的示意图，所述包括：
S101、获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度，其中，所述特征气体包括一氧化碳气体、二氧化碳气体、二氧化硫气体、甲烷丙酮；
在煤矿自燃层设置若干个特征气体传感器，所述特征气体传感器至少包括一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、二氧化硫传感器。所述特征气体传感器采集到的气体信号可以上传至上位机或处理器，所述上位机或处理器可以根据所述气体信号来判断出特征气体的类型及浓度。所述特征气体还可以为氢气、氧气、臭氧等。
S102、将检测到的所述气体的类型及浓度输入至预设的自燃模型，所述自燃模型输出自燃风险；
其中，所述自燃模型的获取过程包括：
获取特征气体所对应的可燃值，所述可燃值的计算公式为：
将所述可燃值输入至预设自燃风险计算公式，所述自燃风险计算公式为：
其中，A为常数，当A为预设月份时为1，其余月份为0。
在本发明中，可以根据特征气体的自燃或可燃情况来确定特征气体的风险值，可以对特征气体划分等级，第一等级包括氢气、甲烷等易燃或自燃程度较高的气体，风险值为A；第二等级包括一氧化碳、二氧化硫等易燃或自燃程度一般的气体，风险值为B；第三等级包括二氧化碳和一些惰性气体的易燃程度较低的气体, 风险值为C。其中，A大于B大于C。
其中，当A为预设月份时为1，其余月份为0 ，所述预设月份为煤矿自燃情况多发月份如6、7、8、9月。
S103、若所述自燃风险超出预设自燃风险阈值，则发送预警信号至外部终端设备。
在另一实施例中，所述获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度包括：依次相连的气体传感器、信号调理电路、上位机，图2是本发明实施例提供的信号调理电路的电路图，所述信号调理电路包括第一选频电路、第二选频电路、放大电路、全波整流电路、稳压电路；所述气体传感器用于采集所述特征气体的气体信号，并将所述气体信号通过所述信号调理电路的调理之后输入至所述上位机。
其中，所述第一选频电路包括：第一电阻R1、第一三极管T1、第一电容C1、第二电容C2；所述第一电阻R1的一端分别连接所述气体传感器的输出端、所述第一三极管T1的基极，所述第一电阻R1的另一端接地，所述第一三极管T1的发射极接地，所述第一三极管T1的集电极分别连接所述第一电容C1的一端、所述第二电容C2的一端，所述第一电容C1的另一端与所述第二电容C2的另一端相连之后作为所述第一选频电路的输出端。
所述第一选频电路用于去除一些干扰噪声，对过高的信号以及过低的信号进行去除，也就是说避免外界干扰信号，只留下气体信号。
其中，所述第二选频电路包括：第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第一MOS管M1、第二三极管T2；所述第二电阻R2的一端分别连接所述第一选频电路的输出端、所述第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端分别连接所述第四电阻R4的一端、所述第三电容C3的一端，所述第四电阻R4的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端分别连接所述第一MOS管M1的栅极，所述第四电容C4的一端，所述第四电容C4的另一端分别连接所述第三电容C3的另一端、所述第五电容C5的一端，所述第五电容C5的另一端接地，所述第一MOS管M1的源极连接所述第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端连接外部电压VCC1，所述第一MOS管M1的漏极连接所述第二三极管T2的基极，所述第二三极管T2的集电极连接外部电压VCC1，所述第二三极管T2的发射极连接所述第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端接地，所述第六电阻R6为滑动电阻，滑动端与所述第五电容C5的另一端相连，所述第二三极管T2的集电极作为所述第二选频电路的输出端。
所述第二选频电路用于从气体信号中筛选出预设高压信号，即去除低于预设高压信号的气体信号。气体传感器为电压信号输出，输出值太小可以忽略不计，对其进行去除。
其中，所述放大电路包括：第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第三三极管T3、第四三极管T4、第一二极管D1；所述第六电容C6的一端连接所述第二选频电路的输出端，另一端分别连接所述第三三极管T3的基极、第七电阻R7的一端、所述第八电阻R8的一端，所述第七电阻R7的另一端分别连接所述第三三极管T3的集电极、所述第九电阻R9的一端、所述第七电容C7的一端、所述第一二极管D1的负极，所述第九电阻R9的另一端连接外部电压VCC2，所述第七电容C7的另一端、所述第一二极管D1的正极、所述第八电阻R8的另一端均接地，所述第三三极管T3的发射极还与所述第四三极管T4的基极相连，所述第四三极管T4的集电极与所述第十电阻R10的一端相连，所述第十电阻R10的另一端连接外部电压VCC2，所述第四三极管T4的发射极与所述第十一电阻R11的一端相连，所述第十一电阻R11的另一端分别连接所述第十二电阻R12的一端、所述第八电容C8的一端，所述第十二电阻R12的另一端、所述第八电容C8的另一端均接地，所述第四三极管T4的集电极作为所述放大电路的输出端。
所述放大信号对微弱的气体信号进一步放大，方便上位机对所述气体信号进行判断，提高判断的准确性。
其中，所全波整流电路包括：第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第二二极管D2、第三二极管D3、第一运放器AR1；所述第十三电阻R13的一端连接所述放大电路的输出端，所述第十三电阻R13的另一端分别连接所述第一运放器AR1的同相输入端、第二二极管D2的负极、所述第十五电阻R15的一端，所述第二二极管D2的正极连接所述第一运放器AR1的输出端，所述第十五电阻R15的另一端分别连接所述第二二极管D2的负极、所述第三二极管D3的正极，所述第三二极管D3的负极连接所述第一运放器AR1的输出端，所述第一运放器AR1的反相输入端与所述第十四电阻R14的一端相连，所述第十四电阻R14的另一端接地，所述第三二极管D3的正极作为所述全波整流电路的输出端。
所述全波整流电路，可以将负半周的信号倒向成正半周的信号。这样仅需根据信号的正向幅值就可以判断信号大小即特征气体浓度大小。
其中，所述稳压电路包括：第十六电阻R16、第四二极管D4、第五三极管T5；所述第十六电阻R16的一端分别连接所述全波整流电路的输出端、所述第五三极管T5的集电极，所述第十六电阻R16的另一端分别连接所述第四二极管D4的负极，所述第四二极管D4的正极接地，所述第四二极管D4的正极还与所述第五三极管T5的基极相连，所述第五三极管T5的发射极作为所述稳压电路的输出端。
采用本发明，首先，利用一氧化碳传感器、二氧化碳传感器等气体传感器来获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度，所述气体传感器采集到的气体信号通过所述信号调理电路进行信号调理，去除干扰信号，防止上位机误判，获取用户所需气体信号并发送至上位机，上位机获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度，并将检测到的所述气体的类型及浓度输入至预设的自燃模型，所述自燃模型输出自燃风险；若所述自燃风险超出预设自燃风险阈值，则发送预警信号至外部终端设备。采用本发明可以精准的获取煤矿自燃风险，避免火灾等事故的发生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种煤矿快速检测控制系统，其特征在于，包括：
获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度，其中，所述特征气体包括一氧化碳气体、二氧化碳气体、二氧化硫气体、甲烷和丙酮；
将检测到的所述气体的类型及浓度输入至预设的自燃模型，所述自燃模型输出自燃风险；
若所述自燃风险超出预设自燃风险阈值，则发送预警信号至外部终端设备。
2.如权利要求1所述的煤矿快速检测系统，其特征在于，所述自燃模型的获取过程包括：
获取特征气体所对应的可燃值，所述可燃值的计算公式为：
将所述可燃值输入至预设自燃风险计算公式，所述自燃风险计算公式为：
其中，A为常数，当A为预设月份时为1，其余月份为0。
3.如权利要求1所述的煤矿快速检测系统，其特征在于，所述获取煤矿自燃层的气体中所含特征气体的类型及浓度包括：依次相连的气体传感器、信号调理电路、上位机，所述信号调理电路包括第一选频电路、第二选频电路、放大电路、全波整流电路、稳压电路；所述气体传感器用于采集所述特征气体的气体信号，并将所述气体信号通过所述信号调理电路的调理之后输入至所述上位机。
4.如权利要求3所述的煤矿快速检测系统，其特征在于，所述第一选频电路包括：第一电阻、第一三极管、第一电容、第二电容；所述第一电阻的一端分别连接所述气体传感器的输出端、所述第一三极管的基极，所述第一电阻的另一端接地，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极分别连接所述第一电容的一端、所述第二电容的一端，所述第一电容的另一端与所述第二电容的另一端相连之后作为所述第一选频电路的输出端。
5.如权利要求3所述的煤矿快速检测系统，其特征在于，所述第二选频电路包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第一MOS管、第二三极管；所述第二电阻的一端分别连接所述第一选频电路的输出端、所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端分别连接所述第四电阻的一端、所述第三电容的一端，所述第四电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端分别连接所述第一MOS管的栅极，所述第四电容的一端，所述第四电容的另一端分别连接所述第三电容的另一端、所述第五电容的一端，所述第五电容的另一端接地，所述第一MOS管的源极连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接外部电压VCC1，所述第一MOS管的漏极连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极连接外部电压VCC1，所述第二三极管的发射极连接所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端接地，所述第六电阻为滑动电阻，滑动端与所述第五电容的另一端相连，所述第二三极管的集电极作为所述第二选频电路的输出端。
6.如权利要求3所述的煤矿快速检测系统，其特征在于，所述放大电路包括：第六电容、第七电容、第八电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第三三极管、第四三极管、第一二极管；所述第六电容的一端连接所述第二选频电路的输出端，另一端分别连接所述第三三极管的基极、第七电阻的一端、所述第八电阻的一端，所述第七电阻的另一端分别连接所述第三三极管的集电极、所述第九电阻的一端、所述第七电容的一端、所述第一二极管的负极，所述第九电阻的另一端连接外部电压VCC2，所述第七电容的另一端、所述第一二极管的正极、所述第八电阻的另一端均接地，所述第三三极管的发射极还与所述第四三极管的基极相连，所述第四三极管的集电极与所述第十电阻的一端相连，所述第十电阻的另一端连接外部电压VCC2，所述第四三极管的发射极与所述第十一电阻的一端相连，所述第十一电阻的另一端分别连接所述第十二电阻的一端、所述第八电容的一端，所述第十二电阻的另一端、所述第八电容的另一端均接地，所述第四三极管的集电极作为所述放大电路的输出端。
7.如权利要求3所述的煤矿快速检测系统，其特征在于，所全波整流电路包括：第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第二二极管、第三二极管、第一运放器；所述第十三电阻的一端连接所述放大电路的输出端，所述第十三电阻的另一端分别连接所述第一运放器的同相输入端、第二二极管的负极、所述第十五电阻的一端，所述第二二极管的正极连接所述第一运放器的输出端，所述第十五电阻的另一端分别连接所述第二二极管的负极、所述第三二极管的正极，所述第三二极管的负极连接所述第一运放器的输出端，所述第一运放器的反相输入端与所述第十四电阻的一端相连，所述第十四电阻的另一端接地，所述第三二极管的正极作为所述全波整流电路的输出端。
8.如权利要求3所述的煤矿快速检测系统，其特征在于，所述稳压电路包括：第十六电阻、第四二极管、第五三极管；所述第十六电阻的一端分别连接所述全波整流电路的输出端、所述第五三极管的集电极，所述第十六电阻的另一端分别连接所述第四二极管的负极，所述第四二极管的正极接地，所述第四二极管的正极还与所述第五三极管的基极相连，所述第五三极管的发射极作为所述稳压电路的输出端。
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