CN117646656A - 一种矿井隧道开发用安全监测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井安全监测技术领域，且公开一种矿井隧道开发用安全监测设备，包括环境监测模块集成了多组传感器对井下环境下进行实时监测，传输节点模块用于收集环境监测模块收集的监测数据并与井上主控系统进行数据互交，数据传输模块基于ZigBee技术和GPRS技术实现井下井上无线数据传输，井下供电模块基于内置蓄电池和电缆线路进行双模式供电；本发明通过井上井下两种模式的无线数据传输的建立，使得监测系统不受通信线缆的束缚，搭配双模式供电结构，在井下发生矿难或紧急状况时也可保证未损坏的监测传感器等结构的正常运，可由井上主控系统直接观察井下情况，增加了后期紧急救援的便捷性，同时无需布设线缆大大降低了矿井开发成本。
Description
技术领域
本发明涉及矿井安全监测技术领域，尤其涉及一种矿井隧道开发用安全监测设备。
背景技术
矿井开发过程中需要实时监测矿井下的环境参数，如瓦斯浓度、温度、气压等数据，同时了解矿井中的生产状况是否安全，需要使用多种传感器进行现场监测，且在必要时井上井下需要进行通讯，汇报生产数据。
目前的矿井井下安全监测及通讯的系统为了保证传输质量依然还是应用有线组网传输，有线组网传输布线复杂，布线成本及维护成本高，同时在发生井下事故如隧道坍塌等会压断通讯线缆，导致井下通讯中断，影响对井下事故状况的实时监测，即影响紧急救援的实施，因此，本发明提出一种矿井隧道开发用安全监测设备以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种矿井隧道开发用安全监测设备，该矿井隧道开发用安全监测设备通过井上井下两种模式的无线数据传输的建立，使得监测系统不受通信线缆的束缚，搭配双模式供电结构，在井下发生矿难或紧急状况时也可保证未损坏的监测传感器等结构的正常通信及使用，可由井上主控系统直接观察井下情况，增加了后期紧急救援的便捷性，同时无需布设线缆大大降低了矿井开发成本。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种矿井隧道开发用安全监测设备，包括井下监测器、应急处理系统和井上主控系统，所述井下监测器包括环境监测模块、传输节点模块、数据传输模块和井下供电模块，所述环境监测模块集成了多组传感器和监视器对井下环境下进行实时监测，环境监测模块也内置数据转换传输功能，多组环境监测模块之间进行数据传输汇总后发送至传输节点模块进行集中转换传输，所述传输节点模块用于收集环境监测模块收集的监测数据并与井上主控系统进行数据互交，单个传输节点模块接收区间范围内的所有相邻汇总的多个环境监测模块分支数据，所述数据传输模块基于ZigBee技术和GPRS技术实现井下井上无线数据传输，井下采用ZigBee技术进行短程高效数据传输，井上与井下之间采用GPRS技术进行远距离数据互交，所述井下供电模块基于内置蓄电池和电缆线路进行双模式供电，双模式供电可以令井下监测器在任何环境下保证正常使用，所述应急处理系统用于针对井下突发状况提供应急处理方式及自动处理，由井上主控系统基于网络大数据将应急处理方式和自动处理执行步骤传输至井下的一些应急设备自动执行，如井下救助站的运行、井下环境数据的保持调控等，所述井上主控系统用于对接收的实时传感器和视频监测数据进行监控及判断处理，同时基于互联网获取网络数据及与技术人员的数据互交。
进一步改进在于：所述环境监测模块集成的多组传感器包括一氧化碳传感器、甲烷传感器、温度传感器、湿度传感器、空气流速传感器、压力传感器和震动传感器；所述环境监测模块和传输节点模块内置ZigBee无线通信芯片。
进一步改进在于：所述传输节点模块和井上主控系统内置GPRS无线通信芯片，实现井上井下远距离无线数据传输，所述数据传输模块包括数据转换子模块和数据收发子模块，所述数据转换子模块用于将环境监测模块接收的数据转换成ZigBee协议和GPRS协议可以收发的数据类型同时对转换的收发数据进行反向恢复转换，同时井上主控系统的GPRS无线通信芯片也具备对转换的收发数据进行反向恢复转换的功能，所述数据收发子模块用于对转换后的数据进行发送接收，数据是以无线信号的形式进行发送和接收。
进一步改进在于：所述应急处理系统包括快速判别模块、报警提示模块和应急措施执行模块，所述快速判别模块用于根据发生异常的环境监测模块进行快速判别发生的井下险情的类型，由井上主控系统发送的基于互联网获取的判别标准进行判别，所述报警提示模块用于根据发生异常的数据进行实时监测并根据异常数据进行井下状况的实时预测报警，预测时根据异常数据的变化频率幅度的走向进行结果预测，并对预测发生矿井事故的结果进行报警提示，提醒做出应急处理避免事故发生或者避免井下出现人员伤亡的情况，所述应急措施执行模块用于根据井下险情预测及发生后及时执行应急处理和救援程序。
进一步改进在于：所述报警提示模块包含异常预测子模块和预警报警子模块，所述异常预测子模块用于根据环境监测模块监测得到的异常数据波动幅度规律进行数据变化预测，所述预警报警子模块用于根据预测的结果判断即将发生的险情并进行预警报警提示，均与井上主控系统之间进行数据互交提醒，预警时井下井上同步进行预警报警提示，提醒井上井下人员及时作出应对措施。
进一步改进在于：所述井上主控系统包括数据分类处理模块、数据判断模块和数据显示模块，所述数据分类处理模块用于将环境监测模块获取的数据按不同类型进行分类转换处理，具体是根据不同传感器和监视器的数据类型进行处理分类，所述数据判断模块用于根据设定的不同类型的数据阈值对环境监测模块获取的处理后的数据进行异常比对判断，具体的判断阈值基于互联网的标准实时更新，所述数据显示模块用于根据判断结果对数据进行不同颜色的显示并显示警示信息，具体为正常数据绿色显示，异常数据红色显示，异常报警数据红色闪烁显示并附带警示类型的信息。
进一步改进在于：所述数据分类处理模块包含降噪增强子模块和分类转换子模块，所述降噪增强子模块用于对接收的传输数据进行降噪增强处理，数据降噪先采用信号放大器进行放大后使用滤波器进行降噪处理，数据增强采用信号压缩后传输，所述分类转换子模块用于对降噪增强后的数据进行分类并转换成直观显示的数据类型。
进一步改进在于：所述井下供电模块包含监测切换子模块，所述监测切换子模块用于对电缆线路供电状态进行实时监测同时在电缆线路断电后自动切换至内置蓄电池进行供电保持。
本发明的有益效果为：本发明通过井上井下两种模式的无线数据传输的建立，使得监测系统不受通信线缆的束缚，搭配双模式供电结构，在井下发生矿难或紧急状况时也可保证未损坏的监测传感器等结构的正常通信及使用，可由井上主控系统直接观察井下情况，增加了后期紧急救援的便捷性，同时无需布设线缆大大降低了矿井开发成本。
附图说明
图1为本发明实施例1装置系统架构图。
图2为本发明实施例1井下监测器布设架构图。
图3为本发明实施例2装置系统架构图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1：根据图1和图2所示，本实施例提供了一种矿井隧道开发用安全监测设备，包括井下监测器、应急处理系统和井上主控系统，井下监测器包括环境监测模块、传输节点模块、数据传输模块和井下供电模块，环境监测模块集成了多组传感器和监视器对井下环境下进行实时监测，环境监测模块也内置数据转换传输功能，多组环境监测模块之间进行数据传输汇总后发送至传输节点模块进行集中转换传输，传输节点模块用于收集环境监测模块收集的监测数据并与井上主控系统进行数据互交，单个传输节点模块接收区间范围内的所有相邻汇总的多个环境监测模块分支数据，数据传输模块基于ZigBee技术和GPRS技术实现井下井上无线数据传输，井下采用ZigBee技术进行短程高效数据传输，井上与井下之间采用GPRS技术进行远距离数据互交，井下供电模块基于内置蓄电池和电缆线路进行双模式供电，双模式供电可以令井下监测器在任何环境下保证正常使用，应急处理系统用于针对井下突发状况提供应急处理方式及自动处理，由井上主控系统基于网络大数据将应急处理方式和自动处理执行步骤传输至井下的一些应急设备自动执行，如井下救助站的运行、井下环境数据的保持调控等，井上主控系统用于对接收的实时传感器和视频监测数据进行监控及判断处理，同时基于互联网获取网络数据及与技术人员的数据互交。
环境监测模块集成的多组传感器包括一氧化碳传感器、甲烷传感器、温度传感器、湿度传感器、空气流速传感器、压力传感器和震动传感器；环境监测模块和传输节点模块内置ZigBee无线通信芯片，实现短距离高效无线数据传输。
传输节点模块和井上主控系统内置GPRS无线通信芯片，实现井上井下远距离无线数据传输，数据传输模块包括数据转换子模块和数据收发子模块，数据转换子模块用于将环境监测模块接收的数据转换成ZigBee协议和GPRS协议可以收发的数据类型同时对转换的收发数据进行反向恢复转换，同时井上主控系统的GPRS无线通信芯片也具备对转换的收发数据进行反向恢复转换的功能，数据收发子模块用于对转换后的数据进行发送接收，数据是以无线信号的形式进行发送和接收。
应急处理系统包括快速判别模块、报警提示模块和应急措施执行模块，快速判别模块用于根据发生异常的环境监测模块进行快速判别发生的井下险情的类型，由井上主控系统发送的基于互联网获取的判别标准进行判别，报警提示模块用于根据发生异常的数据进行实时监测并根据异常数据进行井下状况的实时预测报警，预测时根据异常数据的变化频率幅度的走向进行结果预测，并对预测发生矿井事故的结果进行报警提示，提醒做出应急处理避免事故发生或者避免井下出现人员伤亡的情况，应急措施执行模块用于根据井下险情预测及发生后及时执行应急处理和救援程序。
位于井下的应急处理系统与井上主控系统之间也基于GPRS技术实现数据互交。
报警提示模块包含异常预测子模块和预警报警子模块，异常预测子模块用于根据环境监测模块监测得到的异常数据波动幅度规律进行数据变化预测，预警报警子模块用于根据预测的结果判断即将发生的险情并进行预警报警提示，均与井上主控系统之间进行数据互交提醒，预警时井下井上同步进行预警报警提示，提醒井上井下人员及时作出应对措施。
井上主控系统包括数据分类处理模块、数据判断模块和数据显示模块，数据分类处理模块用于将环境监测模块获取的数据按不同类型进行分类转换处理，具体是根据不同传感器和监视器的数据类型进行处理分类，数据判断模块用于根据设定的不同类型的数据阈值对环境监测模块获取的处理后的数据进行异常比对判断，具体的判断阈值基于互联网的标准实时更新，数据显示模块用于根据判断结果对数据进行不同颜色的显示并显示警示信息，具体为正常数据绿色显示，异常数据红色显示，异常报警数据红色闪烁显示并附带警示类型的信息。
数据分类处理模块包含降噪增强子模块和分类转换子模块，降噪增强子模块用于对接收的传输数据进行降噪增强处理，数据降噪先采用信号放大器进行放大后使用滤波器进行降噪处理，数据增强采用信号压缩后传输，分类转换子模块用于对降噪增强后的数据进行分类并转换成直观显示的数据类型，如温度数据以温度数值的形式显示、压强数据以压强数值的形式显示等。
井下供电模块包含监测切换子模块，监测切换子模块用于对电缆线路供电状态进行实时监测同时在电缆线路断电后自动切换至内置蓄电池进行供电保持；
电缆线路断电包括主动断电和被动断电，主动断电是当井下隧道监测到瓦斯浓度过高时避免电缆线路上漏电产生电火花引爆瓦斯而采取的断电措施，对瓦斯浓度降低处理后自动恢复供电；而被动断电即矿井下发生事故如矿井坍塌将线缆压断导致的断电。
实施例2：本实施例提供了一种矿井隧道开发用安全监测设备，包括环境监测模块还包含检测切换模块，检测切换模块用于在与传输节点模块相邻的环境监测模块在检测到传输节点模块信号中断后，环境监测模块自动切换信号传输对象，与附近最近的正常运行的传输节点模块进行组网传输，在发生矿井事故后避免了由于传输节点模块损坏无法工作后导致小片区未发生事故的矿井隧道的环境监测模块出现数据传输瘫痪的现象。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。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 (8)
1.一种矿井隧道开发用安全监测设备，其特征在于：包括井下监测器、应急处理系统和井上主控系统，所述井下监测器包括环境监测模块、传输节点模块、数据传输模块和井下供电模块，所述环境监测模块集成了多组传感器对井下环境下进行实时监测，所述传输节点模块用于收集环境监测模块收集的监测数据并与井上主控系统进行数据互交，所述数据传输模块基于ZigBee技术和GPRS技术实现井下井上无线数据传输，所述井下供电模块基于内置蓄电池和电缆线路进行双模式供电，所述应急处理系统用于针对井下突发状况提供应急处理方式及自动处理，所述井上主控系统用于对接收的实时传感器和视频监测数据进行监控及判断处理。
2.根据权利要求1所述的一种矿井隧道开发用安全监测设备，其特征在于：所述环境监测模块集成的多组传感器包括一氧化碳传感器、甲烷传感器、温度传感器、湿度传感器、空气流速传感器、压力传感器和震动传感器；所述环境监测模块和传输节点模块内置ZigBee无线通信芯片。
3.根据权利要求1所述的一种矿井隧道开发用安全监测设备，其特征在于：所述传输节点模块和井上主控系统内置GPRS无线通信芯片，所述数据传输模块包括数据转换子模块和数据收发子模块，所述数据转换子模块用于将环境监测模块接收的数据转换成ZigBee协议和GPRS协议可以收发的数据类型同时对转换的收发数据进行反向恢复转换，所述数据收发子模块用于对转换后的数据进行发送接收。
4.根据权利要求1所述的一种矿井隧道开发用安全监测设备，其特征在于：所述应急处理系统包括快速判别模块、报警提示模块和应急措施执行模块，所述快速判别模块用于根据发生异常的环境监测模块进行快速判别发生的井下险情的类型，所述报警提示模块用于根据发生异常的数据进行实时监测并根据异常数据进行井下状况的实时预测报警，所述应急措施执行模块用于根据井下险情预测及发生后及时执行应急处理和救援程序。
5.根据权利要求4所述的一种矿井隧道开发用安全监测设备，其特征在于：所述报警提示模块包含异常预测子模块和预警报警子模块，所述异常预测子模块用于根据环境监测模块监测得到的异常数据波动幅度规律进行数据变化预测，所述预警报警子模块用于根据预测的结果判断即将发生的险情并进行预警报警提示。
6.根据权利要求1所述的一种矿井隧道开发用安全监测设备，其特征在于：所述井上主控系统包括数据分类处理模块、数据判断模块和数据显示模块，所述数据分类处理模块用于将环境监测模块获取的数据按不同类型进行分类转换处理，所述数据判断模块用于根据设定的不同类型的数据阈值对环境监测模块获取的处理后的数据进行异常比对判断，所述数据显示模块用于根据判断结果对数据进行不同颜色的显示并显示警示信息。
7.根据权利要求6所述的一种矿井隧道开发用安全监测设备，其特征在于：所述数据分类处理模块包含降噪增强子模块和分类转换子模块，所述降噪增强子模块用于对接收的传输数据进行降噪增强处理，所述分类转换子模块用于对降噪增强后的数据进行分类并转换成直观显示的数据类型。
8.根据权利要求1所述的一种矿井隧道开发用安全监测设备，其特征在于：所述井下供电模块包含监测切换子模块，所述监测切换子模块用于对电缆线路供电状态进行实时监测同时在电缆线路断电后自动切换至内置蓄电池进行供电保持。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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