CN114183190B - 一种井下灾后救援装置及实施方法 - Google Patents

一种井下灾后救援装置及实施方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种井下灾后救援装置及实施方法，包括联络巷、超级电容器、瓦斯传感器、井下智能机器人，其中瓦斯传感器安装在工作面前方煤壁上，超级电容器安放在瓦斯传感器同侧煤壁的前方联络巷内，并连接在瓦斯传感器的电源系统中。通过在井下沿巷道每隔300～500米的距离布置安装具有信息传输功能的超级电容器，形成从工作面到地面的无线信息传输网络系统，井下智能机器人在井下救援过程中可以在就近的超级电容器进行快速充电，在井下进行温度、湿度、瓦斯以及其他有毒有害气体浓度等相关参数的采集以及被困人员的搜救工作，同时将井下的实时数据通过超级电容器逐级传输至地面，进而解决了井下智能机器人续航时间短和信号传输难度大等问题。

Description

一种井下灾后救援装置及实施方法
技术领域
本发明专利涉及一种矿山灾害救援装置及方法，具体为一种井下灾后救援装置及实施方法。
背景技术
煤炭是我国重要的基础能源，为社会经济的发展和个人日常生活的顺利开展提供坚实的保障。目前，我国煤炭资源主要是采用井工开采的方式进行生产的，因此，当发生水灾、瓦斯爆炸、火灾等事故后，井下巷道的破坏和灾后二次事故的发生均使得灾后救援工作产生延迟。
随着科学技术的不断发展，井下智能机器人、5G技术以及其他大型救援机械的应用，为救援工作提供了一定的技术支撑。然而，随着我国煤炭开采深度的逐年增加，受地面至井下事故地点距离远、信号传输衰减快以及搜救时间长等因素的影响，井下智能机器人续航时间短与无线信号传输难度大等问题制约着救援工作的进行；同时，由于井下电力系统的瘫痪，使得井下精确、及时的实时数据难以传输和获取，导致对井下被困人员的身体状况、被困地点以及二次灾害产生的可能性均不能确定，进而使得井下救援工作难以快速开展。因此，亟待需要采取措施解决井下智能机器人续航时间短和信号传输难度大等问题，及时将井下的实时数据传输至地面，为救援方案的制定与实施提供有力的依据。
发明内容
针对现有井下灾后救援过程中出现的井下智能机器人续航时间短以及无线信号传输难度大等问题，本发明提供了一种井下灾后救援装置及实施方法，能够保障井下智能机器人可进行长时间的工作和续航，并实现将井下的现场影像和数据参数实时传输至地面，为加快救援工作的开展与实施提供强有力的指导和依据。
为解决上述问题，本发明提供了如下的技术方案：
本方案提供的一种井下灾后救援装置，包括联络巷、超级电容器、瓦斯传感器、井下智能机器人，其中瓦斯传感器安装在工作面前方煤壁上，超级电容器安放在瓦斯传感器同侧煤壁的前方联络巷内，超级电容器连接在瓦斯传感器的电源系统中，井下智能机器人在工作面进行温度、湿度、瓦斯以及其他有毒有害气体浓度等相关参数的测定和采集以及开展被困人员的搜救工作，并通过超级电容器将数据实时传输至地面。
所述超级电容器由信息传输系统、放电接口、电源接口以及底座组成，可实现对井下实时数据传输和井下智能机器人充电的双重功能。
进一步地，所述信息传输系统可以传递地面的指挥操作信息和井下智能机器人测定的实时数据；放电接口可以为井下智能机器人充电，放电过程具有安全、快速、高效、无污染以及使用寿命长等优点；电源接口连接在瓦斯传感器的电源系统中，减少了重新布置电缆的工作量，在煤炭正常生产过程中，利用瓦斯传感器的电源进行充电，并保持良好的充电量状态，以备灾后的信息传递和井下智能机器人充电。
所述超级电容器安放在瓦斯传感器同侧煤壁的前方联络巷内，一方面减少正常工作时的通风阻力和方便工作面设备的搬运，另一方面降低灾害发生过程中对其产生的破坏，进而保证其功能的正常运转；在井下沿巷道每隔一段距离均布置安装具有信息传输功能的超级电容器，通过相邻超级电容器之间的信息逐级传递，形成从工作面到地面的无线信息传输网络系统，进而避免了因无线传输信号衰减较快、传输距离短而导致数据传输失效现象的发生。
进一步地，所述在井下每隔300～500米的距离均布置安装具有信息传输功能的超级电容器，通过相邻超级电容器之间进行信息逐级传递，其数据的传递方式为：井下智能机器人将井下传感器系统测定的相关数据和影像传输至1#超级电容器，1#超级电容器内部的信息传输系统将数据传输给邻近的2#超级电容器，之后2#超级电容器再次传输至3#超级电容器，以此类推，最终形成了从工作面到地面的无线信息传输网络系统。
所述井下智能机器人由履带式行进移动的车体、信息系统、数据控制中心、影像采集装置、储能电池、应急物资储备箱以及传感器系统与生命探测仪等装置组成，具有井下信息采集、搜救人员以及输送应急物资的功能。
进一步地，所述储能电池是井下智能机器人移动和工作的能量来源，为一种快速充电式的超级电容器电池，具有充电时间短、安全性能高以及使用寿命长等优势，充电时间在几十秒至几分钟内即可达到充电量的95％以上，可以保持长时间的工作续航，提高救援工作的效率；应急物资储备箱中存放有水、食物以及应急救援药品等，为被困人员及时提供应急之需。
进一步地，所述信息系统用于地面操作命令的接收与井下实时数据的发送；数据控制中心作为井下智能机器人的“大脑”，将信息系统接收到的指令进行分析与执行，控制相关设备的运行，同时将设备测定的数据信息进行储存与反馈；影像采集装置可以通过控制摄像头下方的旋转装置实现摄像头全方位、多角度的拍摄，同时在拍摄过程中打开摄像头内部的照明装置，将井下灾后的实时情况进行拍摄、储存和传输。
进一步地，所述井下智能机器人装备有包含多种类型传感器的传感器系统与生命探测仪，其中传感器系统包括瓦斯、温度、湿度、氧气以及其他有毒有害气体等相关的传感器；生命探测仪为及时发现被困人员的位置与身体状况。
本发明技术方案还提供了一种井下灾后救援的实施方法，包括如下步骤：
S001地面控制系统经过井下超级电容器组成的无线信息传输网络系统将控制指令传输给井下智能机器人，控制指挥其沿着井下巷道向事故发生地点移动；
S002当井下智能机器人电量不足时，通过地面控制系统查询就近超级电容器所在的位置，以便进行充电工作；
S003井下智能机器人行驶至超级电容器前方，控制其电池充电接口伸缩至超级电容器的放电接口处进行充电连接；
S004经过数十秒的充电时间，井下智能机器人的充电量达到95％以上，完成充电工作，并控制电池充电接口伸缩至初始状态；
S005当井下智能机器人充电完成后，继续向事故发生地点方向行驶移动，并开展被困人员的搜救和井下实时数据的传输工作；
S006通过控制系统旋转摄像头下方的旋转装置，调节影像采集装置的拍摄角度，并打开摄像头内部的照明装置，将井下灾后的实时情况进行拍摄、储存；
S007传感器系统与生命探测仪在井下智能机器人移动的过程中对周围井下环境进行相关参数的测定与被困人员的搜救寻找；
S008数据控制中心将设备测定的数据和影像经信息系统传输至附近的超级电容器，后经无线信息传输网络系统逐级传输至地面控制系统；
S009当影像采集装置和生命探测仪发现和搜寻到井下被困人员时，通过传输系统连通地面与井下被困人员之间的联系，并为其提供必要的水、食物以及应急救援药品等；
S010结合地面控制系统获取的井下实时数据、影像以及被困位置，及时制定相关的施救措施和方法。
由于采用上述的技术方案，本发明专利的有益效果是：
(1)本发明在井下沿巷道每隔一段距离布置安装具有信息传输功能的超级电容器，形成从工作面到地面的无线信息传输网络系统，可以将井下的实时数据逐级传输至地面，解决了井下无线信号衰减快、长距离传输难度大等问题。
(2)本发明在井下沿巷道布置的超级电容器放电过程具有安全、快速、高效、无污染以及使用寿命长等优点，同时为井下智能机器人在井下救援过程中进行快速充电，可以保持长时间的工作续航，解决了井下智能机器人续航时间短的问题。
(3)本发明超级电容器安放在瓦斯传感器同侧煤壁的前方联络巷内，超级电容器连接在瓦斯传感器的电源系统中，减少了重新布置电缆的工作量，降低了正常工作时的通风阻力和方便工作面设备的搬运，减小灾害发生过程中对其产生的破坏。
(4)本发明使用的井下智能机器人可实现信息采集、搜救人员以及输送应急物资等多重功能，可将传感器测定数据和影像采集装置拍摄的井下状况进行实时采集，并装备有水、食物以及应急救援药品等，为被困人员及时提供应急之需。
附图说明
图1为本发明超级电容器与井下智能机器人在工作面的整体结构示意图；
图2为本发明井下智能机器人与超级电容器连接充电的结构示意图；
图3为本发明井下智能机器人在工作面附近工作的结构示意图；
图4为本发明井下智能机器人内部信息系统传输过程的结构示意图；
图示标记：1、瓦斯传感器；2、工作面；3、1#超级电容器；4、1#联络巷；5、2#超级电容器；6、2#联络巷；7、3#联络巷；8、3#超级电容器；9、井下智能机器人；10、影像采集装置存放箱；11、旋转装置；12、影像采集装置；13、传感器系统；14、生命探测仪；15、充电接口；16、储能电池；17、履带式行进移动的车体；18、应急救援药品；19、水；20、应急物资储备箱；21、数据控制中心；22、信息系统；23、放电接口；24、超级电容器的主体； 25、信息传输系统；26、联络巷壁面；27、电源接口；28、底座；29、工作面壁面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
下面将结合附图进一步说明本发明的具体实施方法。
如图1所示，包括联络巷4、超级电容器3、瓦斯传感器1、井下智能机器人9，其中瓦斯传感器1安装在工作面2前方煤壁29上，超级电容器3安放在瓦斯传感器1同侧煤壁的前方联络巷4内，超级电容器3连接在瓦斯传感器1的电源系统中，井下智能机器人9在工作面进行温度、湿度、瓦斯浓度等相关参数的测定以及被困人员的搜救工作，并通过超级电容器将数据实时传输至地面。
如图2所示，所述超级电容器3由信息传输系统25、放电接口23、电源接口27以及底座28组成，可实现对井下实时数据传输和井下智能机器人9充电的双重功能。
进一步地，所述信息传输系统25可以传递地面的指挥操作信息和井下智能机器人9 测定的实时数据；放电接口23可以为井下智能机器人9充电，放电过程具有安全、快速、高效、无污染以及使用寿命长等优点；电源接口27连接在瓦斯传感器1的电源系统中，减少了重新布置电缆的工作量，在煤炭正常生产过程中，利用瓦斯传感器1的电源进行充电，并保持良好的充电量状态，以备灾后的信息传递和井下智能机器人1充电。
如图3所示，所述超级电容器3安放在瓦斯传感器1同侧煤壁的前方联络巷4内，一方面减少正常工作时的通风阻力和方便工作面设备的搬运，另一方面降低灾害发生过程中对其产生的破坏，进而保证其功能的正常运转；在井下沿巷道每隔300～500米的距离均布置安装具有信息传输功能的超级电容器3，通过相邻超级电容器之间的信息逐级传递，形成从工作面到地面的无线信息传输网络系统，进而避免了因无线传输信号衰减较快、传输距离短而导致数据传输失效现象的发生。
进一步地，所述在井下每隔300～500米的距离均布置安装具有信息传输功能的超级电容器3，通过相邻超级电容器之间进行信息逐级传递，其数据的传递方式为：井下智能机器人9将井下传感器系统13测定的相关数据和影像传输至1#超级电容器3，1#超级电容器3内部的信息传输系统25将数据传输给邻近的2#超级电容器5，之后2#超级电容器5再次传输至3#超级电容器8，以此类推，最终形成了从工作面到地面的无线信息传输网络系统。
如图4所示，所述井下智能机器人9由履带式行进移动的车体17、信息系统22、数据控制中心21、影像采集装置12、储能电池16、应急物资储备箱20以及传感器系统13与生命探测仪14等装置组成，具有井下信息采集、搜救人员以及输送应急物资的功能。
进一步地，所述储能电池16是井下智能机器人9移动和工作的能量来源，为一种快速充电式的超级电容器电池，具有充电时间短、安全性能高以及使用寿命长等优势，充电时间在几十秒至几分钟内即可达到充电量的95％以上，可以保持长时间的工作续航，提高救援工作的效率；应急物资储备箱20中存放有水19、食物以及应急救援药品18等，为被困人员及时提供应急之需。
进一步地，所述信息系统22用于地面操作命令的接收与井下实时数据的发送；数据控制中心21作为井下智能机器人9的“大脑”，将信息系统22接收到的指令进行分析与执行，控制相关设备的运行，同时将设备测定的数据信息进行储存与反馈；影像采集装置12可以通过控制摄像头下方的旋转装置11实现摄像头全方位、多角度的拍摄，同时在拍摄过程中打开摄像头内部的照明装置，将井下灾后的实时情况进行拍摄、储存和传输。
进一步地，所述井下智能机器人9装备有包含多种类型传感器的传感器系统13与生命探测仪14，其中传感器系统13包括瓦斯、温度、湿度、氧气以及其他有毒有害气体等相关的传感器；生命探测仪14为及时发现被困人员的位置与身体状况。
本发明技术方案还提供了一种井下灾后救援的实施方法，包括如下步骤：
S001地面控制系统经过井下超级电容器3组成的无线信息传输网络系统将控制指令传输给井下智能机器人9，控制指挥其沿着井下巷道向事故发生地点移动；
S002当井下智能机器人9电量不足时，通过地面控制系统查询就近超级电容器3所在的位置，以便进行充电工作；
S003井下智能机器人9行驶至超级电容器3前方，控制其电池充电接口15伸缩至超级电容器的放电接口23处进行充电连接；
S004经过数十秒的充电时间，井下智能机器人9的充电量达到95％以上，完成充电工作，并控制电池充电接口15伸缩至初始状态；
S005当井下智能机器人9充电完成后，继续向事故发生地点方向行驶移动，并开展被困人员的搜救和井下实时数据的传输工作；
S006通过控制系统旋转摄像头下方的旋转装置11，调节影像采集装置12的拍摄角度，并打开摄像头内部的照明装置，将井下灾后的实时情况进行拍摄、储存；
S007传感器系统13与生命探测仪14在井下智能机器人9移动的过程中对周围井下环境进行相关参数的测定与被困人员的搜救寻找；
S008数据控制中心21将设备测定的数据和影像经信息系统传输至附近的超级电容器3，后经无线信息传输网络系统逐级传输至地面控制系统；
S009当影像采集装置12和生命探测仪14发现和搜寻到井下被困人员时，通过传输系统连通地面与井下被困人员之间的联系，并为其提供必要的水19、食物以及应急救援药品 18等；
S010结合地面控制系统获取的井下实时数据、影像以及被困位置，及时制定相关的施救措施和方法。
至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (5)

1.一种井下灾后救援装置，其特征在于：包括联络巷、超级电容器、瓦斯传感器、井下智能机器人，其中瓦斯传感器安装在工作面前方煤壁上，超级电容器安放在瓦斯传感器同侧煤壁的前方联络巷内，超级电容器连接在瓦斯传感器的电源系统中，井下智能机器人在工作面进行温度、湿度、瓦斯浓度等相关参数的测定以及被困人员的搜救工作，并通过超级电容器将数据实时传输至地面；
所述超级电容器由信息传输系统、放电接口、电源接口以及底座组成，可实现对井下实时数据传输和井下智能机器人充电的双重功能；其中，信息传输系统用于传递地面的指挥操作信息和井下智能机器人测定的实时数据；放电接口为井下智能机器人充电，其放电过程具有安全、快速、高效、无污染以及使用寿命长等优点；电源接口连接在瓦斯传感器的电源系统中，减少了重新布置电缆的工作量，在煤炭正常生产过程中，利用瓦斯传感器的电源进行充电，并保持良好的充电量状态，以备灾后的信息传递和井下智能机器人充电；
所述超级电容器安放在瓦斯传感器同侧煤壁的前方联络巷内，一方面减少正常工作时的通风阻力和方便工作面设备的搬运，另一方面降低灾害发生过程中对其产生的破坏，进而保证其功能的正常运转；在井下沿巷道每隔300～500米的距离均布置安装具有信息传输功能的超级电容器，通过相邻超级电容器之间的信息逐级传递，形成从工作面到地面的无线信息传输网络系统，进而避免了因无线传输信号衰减较快、传输距离短而导致数据传输失效现象的发生。
2.根据权利要求1所述的一种井下灾后救援装置，其特征在于：在井下每隔300～500米的距离均布置安装具有信息传输功能的超级电容器，通过相邻超级电容器之间进行信息逐级传递，其数据的传递方式为：井下智能机器人将井下传感器系统测定的相关数据和影像传输至1#超级电容器，1#超级电容器内部的信息传输系统将数据传输给邻近的2#超级电容器，之后2#超级电容器再次传输至3#超级电容器，以此类推，最终形成了从工作面到地面的无线信息传输网络系统。
3.根据权利要求1所述的一种井下灾后救援装置，其特征在于，所述井下智能机器人由履带式行进移动的车体、信息系统、数据控制中心、影像采集装置、储能电池、应急物资储备箱以及传感器系统与生命探测仪等装置组成，具有井下信息采集、搜救人员以及输送应急物资的功能；储能电池是井下智能机器人移动和工作的能量来源，为一种快速充电式的超级电容器电池，具有充电时间短、安全性能高以及使用寿命长的优势，充电时间在几十秒至几分钟内即可达到充电量的95％以上，能够保持长时间的工作续航，进而提高救援工作的效率；应急物资储备箱中存放有水、食物以及应急救援药品等，为被困人员及时提供应急之需。
4.根据权利要求1所述的一种井下灾后救援装置，其特征在于，所述信息系统用于地面操作命令的接收与井下实时数据的发送；数据控制中心作为井下智能机器人的“大脑”，将信息系统接收到的指令进行分析与执行，控制相关设备的运行，同时将设备测定的数据信息进行储存与反馈；影像采集装置通过控制摄像头下方的旋转装置实现摄像头全方位、多角度的拍摄，同时在拍摄过程中打开摄像头内部的照明装置，将井下灾后的实时情况进行拍摄、储存和传输。
5.根据权利要求1-4所述的井下灾后救援装置的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
S001地面控制系统经过井下超级电容器组成的无线信息传输网络系统将控制指令传输给井下智能机器人，控制指挥其沿着井下巷道向事故发生地点移动；
S002当井下智能机器人电量不足时，通过地面控制系统查询就近超级电容器所在的位置，以便进行充电工作；
S003井下智能机器人行驶至超级电容器前方，控制其电池充电接口伸缩至超级电容器的放电接口处进行充电连接；
S004经过数十秒的充电时间，井下智能机器人的充电量达到95％以上，完成充电工作，并控制电池充电接口伸缩至初始状态；
S005当井下智能机器人充电完成后，继续向事故发生地点方向行驶移动，并开展被困人员的搜救和井下实时数据的传输工作；
S006通过控制系统旋转摄像头下方的旋转装置，调节影像采集装置的拍摄角度，并打开摄像头内部的照明装置，将井下灾后的实时情况进行拍摄、储存；
S007传感器系统与生命探测仪在井下智能机器人移动的过程中对周围井下环境进行相关参数的测定与被困人员的搜救寻找；
S008数据控制中心将设备测定的数据和影像经信息系统传输至附近的超级电容器，后经无线信息传输网络系统逐级传输至地面控制系统；
S009当影像采集装置和生命探测仪发现和搜寻到井下被困人员时，通过传输系统连通地面与井下被困人员之间的联系，并为其提供必要的水、食物以及应急救援药品；
S010结合地面控制系统获取的井下实时数据、影像以及被困位置，及时制定针对性的施救措施和方法。
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