CN201302145Y - 一种结合井下瓦斯报警和人员定位的智能型矿灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种井下瓦斯报警、人员定位、瓦斯监控、信息报警提示光闪烁功能的矿灯，属于井下瓦斯报警、人员定位、矿灯技术和无线通信领域。它由天线、无线通信单元、控制单元、电池、照明主灯、照明副灯、信息指示灯、灯光切换按钮和求助按钮组成。该种矿灯充分利用井下人员定位系统和瓦斯监控系统，通信方式使用无线通信技术。该矿灯具有双光源照明功能，实现了在不同区域可以设置不同的瓦斯报警设置阈值，人员定位和双向通信功能。具有免校验、使用方便、安全可靠的特点。该矿灯的使用可以从根本上解决目前国家安全监管部门对矿井生产定员管理。

Description

一种结合井下瓦斯报警和人员定位的智能型矿灯

技术领域

本实用新型涉及井下瓦斯报警、人员定位、矿灯技术和无线通信领域。具体的说是一种结合井下瓦斯报警和人员定位的智能型矿灯。

背景技术

现有瓦斯报警、人员定位、矿灯的情况。

现有技术的井下瓦斯检测自动报警器与工作照明一体化的报警灯，它虽然能实现了瓦斯报警与工作照明一体化，使得操作面工作人员在瓦斯浓度超限时能及时受到的告警，但此时唯一拥有的照明矿灯呈闪烁状态，在人员撤离过程中照明度严重不足，引起现场人员的心理恐慌和不便。另外，调度室无法得知其报警信息，因而无法进行统一调度指挥，局部的误报警可能引起不必要的惊慌。现有技术的瓦斯报警矿灯还必须定时校验。因此现有瓦斯报警矿灯存在着使用成本高、无法通信和使用不便等的缺陷。

现有的矿灯大多采用蓄电池供电，当矿井塌陷时，矿友们随身所带的照明系统一旦因为存电不足，又找不到充电设施，矿友们便无法在黑暗的矿井中开展自救，还可能因长期不见光明而造成心理崩溃，失去自救的信心和勇气，而导致死亡。

现有的矿灯无法进行人员定位，工作人员在井下劳动无法定位联系。现有的矿灯大多采用高温卤素灯，使用时间过长矿灯表面温度会很高，可能导致矿井爆炸。现有矿灯(指现在大量使用的铅酸蓄电池矿灯和碱性蓄电池矿灯)经发明至今已遗百多年的历史了，技术上没有实质性突破，其最大缺点是灯泡寿命短、功耗大、容易产生蓄电池、矿灯头碰撞摔破等现象而产生电火花，继而引发瓦斯爆炸事故，这是矿灯引发矿难事故的根源。

现有的井下人员定位系统主要是采用单独的人员识别卡，大多数只具有人员定位功能，无法实现双向通信。井下工作人员发现异常情况时，无法向调度中心发出信息；调度中心也无法向特定的人员发送信息。信息无法及时沟通造成了工作调度和安全的隐患。而且目前的井下定位系统无法满足国家安全生产监督管理总局及相关部门对矿井生产提出的劳动定员的要求，若把人员定位管理系统和井下照明矿灯结合在一起，(在修改相应的行业AQ标准的前提下)可以从根本上解决这一问题。

发明内容

为解决上述问题本实用新型的目的在于提供一种集工作照明、瓦斯报警、人员定位和通知、求助功能于一体，并具有双光源照明电路的一种结合井下瓦斯报警和人员定位的智能型矿灯。该矿灯安装无线定位系统、瓦斯数据接收系统、求助系统，实现了多方位井下工作人员定位、及时报警、调度和求助功能，使用方便，安全可靠。不需要瓦斯传感器和传感器的校验，减少了日常维护成本和校验成本。从根本上解决井下劳动定员的问题。

为达上述目的，本实用新型是以如下技术方案实现的：

本实用新型，即一种结合井下瓦斯报警和人员定位的智能型矿灯。它主要由无线通信单元(12)、控制单元(13)、定位单元(14)、天线(24)、电池(15)、工作照明主光源(31)、工作照明副光源(32)、灯体(33)、灯光切换及应急按钮(17)、瓦斯浓度指示灯(18)、紧急求助按钮(19)、紧急指示灯(20)、警告指示灯(21)、呼叫指示灯(22)、矿灯电源盒体(11)、隔板(16)和灯体(33)组成。

本实用新型基于井下瓦斯监控系统(4)、井下人员定位系统(1)和分站或基站(2)，利用其已有的瓦斯监控功能和人员管理功能实现本实用新型的特定功能。

瓦斯监测和报警采用现有及以后的矿井瓦斯监控系统的瓦斯监测数据，使智能化矿灯不需要另外配置瓦斯传感器。能根据工作人员到达的区域，接收所在区域的瓦斯监测数据。该区域的瓦斯在正常情况下，发送正常的值，该区域的最大值(该区域有多个瓦斯传感器时)，只有一个瓦斯传感器时，发送其实测值，发送方式为定时发送；该区域有瓦斯传感器报警时，发送报警值，发送方式为实时发送，连续报警。这样，既节能，又可满足监测报警的连续性，一致性和可靠性，方便实用。

人员定位单元产生人员特征信息，通过无线通信单元，向基站或分站发送特征信息，最后该各人员信息及位置信息在人员定位系统(1)上显示出来。

接收调度中心的信息，信息可以分为三个级别：十分紧急、紧急、普通，对相应于由紧急指示灯(20)、警告指示灯(21)、呼叫指示灯(22)。接收信息时，通过矿灯的灯光闪烁2次，提醒工作人员有信息到达，具体信息通过信息指示灯(20、21、22)来显示。

瓦斯报警，通过矿灯的灯光闪烁来提醒。瓦斯浓度指示灯(18)显示瓦斯浓度(以0.2为一刻度，浓度1％时报警，亮灯的数量以接收的瓦斯浓度信号同步，即如大于0.6％时，从右到左，亮到不低于3盏灯，0.6％浓度以下为绿色，0.8％为黄色，大于1％为红色报警灯。

接收报警或信息时，灯光闪烁。灯光闪烁不能一直在闪烁状态，这不利于照明，和工作人员判断和撤离行动，并对工作人员的心理产生负面影响，每一次接收到报警或信息，只能循环2次，然后自动恢复正常，或者在工作人员按下“灯光切换及应答按钮(17)”后系统自动解除报警(指令)。信息只在矿灯电源盒上显示。

工作人员部分违章的警示提醒，如部分限制区域，当工作人员进入时，系统控制该工作人员的矿灯亮度来提醒流动工作人员的活动，在需要进入的情况下，调度中心可以下发指令使其工作灯正常工作；并通过记录作业人员对系统指令的应答来判断该人员是否执行该指令，起到加强管理的作用。

瓦斯超限时，该工作区域的作业人员接收报警信号、撤离信号的问题。

针对瓦斯超限时的信号发送和灯头光源闪烁报警，遵循前两次30秒一次、第3次开始每1分钟一次的闪烁报警，直至该人员撤离瓦斯超限区域或该区域瓦斯浓度下降到《规程》许可以下。如果系统判断该人员在移动状态，及从发警报撤离时的基站移动到另一个基站时，不管瓦斯是否超限，矿灯恢复正常照明，不再闪烁，只在矿灯电源盒上显示。

具有紧急求助按钮(19)，工作人员在发现异常情况时，可以按动紧急求助按钮(19)向调度中心报警。

具有手工调节的灯光切换及应答按钮(17)，对矿灯的主工作灯、副工作灯、闪烁与否进行调整切换，并对系统指令进行应答。

本实用新型包括如下步骤：

(1)井下工作人员每个人佩戴一个智能型矿灯，该智能型矿灯既是工作人员的工作照明的工作灯，也是瓦斯报警、工作人员身份的识别器，同时能接收调度信息和发送报警信息。工作人员下井时，每人佩戴一个智能型矿灯(3)。定位系统(1)将该工作人员所配智能型矿灯的人员识别码和相关信息登记进系统内，使该工作人员进入被检测人员队列；

(2)沿坑道沿线按一定的间距设置具有收发功能的分站或基站(2)，分站或基站(2)发射定位询问信号到设定的由微波信号覆盖形成的询问信号触发区；

(3)当工作人员进入询问信号触发区，智能型矿灯询问信号后，由控制部分(13)发出信号，定位单元产生人员标识码，通过无线通信单元(12)把信号发送出去。

(4)接收到智能型矿灯(3)发出的人员识别码的定位信号后，发送到地面人员管理系统(1)，人员定位系统(1)显示该人员的信息和定位信息，并存储。

(5)井下作业人员返回地面经出口的分站或基站(2)时，定位系统(1)自动登记人员出井数据，并将该工作人员从系统的在线监测人员登记表中予以删除。

(6)佩戴智能型矿灯(3)的工作人员在井下作业时，其位置信息实时地传送到地面调度中心的人员管理系统(1)，人员管理系统从瓦斯监控系统(4)取出该人员所在区域的瓦斯监控数据(5)，进行编码生成信息码(6)，发送到分站或基站(2)，再通过无线发送信道(6)发送到智能型矿灯(3)。

(7)若是正常的瓦斯数据，接收后，灯光不闪烁，瓦斯浓度指示灯(18)显示其相应的值。若瓦斯报警，智能型矿灯(3)闪烁3次，提醒该工作人员，并且瓦斯浓度指示灯(18)显示其相应数值，并且变为红色。

(8)当调度室人员有事需要通知井下人员(发现井下某处异常，紧急撤离、警告某工作人员不在其工作位置，呼叫找人等)时，通过人员管理系统(1)发送信息(6)，经，编码成信息(8)发送到智能型矿灯(3)；呼叫指示灯(22)处于闪烁状态；取消求助可再次按动该按钮，发送信息到调度中心，呼叫指示灯(22)取消闪烁状态。

(9)智能型矿灯(3)接收到调度室下发的信息后，灯光闪烁2次，提醒工作人员有信息到达，并通过信息指示灯(20、21、22)来显示。

(10)佩戴智能型矿灯(3)的工作人员在井下作业时，若发现有异常情况(瓦斯高、裂缝、渗水等)时，可以按动紧急求助按钮(19)，智能型矿灯(3)产生求助信息编码(8)，发送到分站或基站(2)，分站或基站(2)编码成信息(7)发送到人员管理系统(1)，进行显示和存储。

(11)佩戴的工作人员在井下进入到限制区域时，人员管理系统(1)得到该信息，立即发送命令到佩戴智能型矿灯(3)，使其矿灯灯光变暗，使该工作人员，离开该限制区域。离开限制区域后，该工作人员的智能型矿灯(3)正常工作。在紧急情况下，工作人员的智能型矿灯(3)在调度中心授权的情况下，可以在限制区域正常工作。

附图说明

图1是本实用新型智能型矿灯的整体结构图

图2是本实用新型智能型矿灯的电源盒的结构图

图3是本实用新型智能型矿灯的灯头结构图

图4是本实用新型智能型矿灯互相依存的系统框图

具体实施方式

本实用新型主要由无线通信单元(12)、控制单元(13)、定位单元(14)、天线(24)、电池(15)、工作照明主光源(31)、工作照明副光源(32)、灯体(33)、灯光切换及应答按钮(17)、瓦斯浓度指示灯(18)、紧急求助按钮(19)、紧急指示灯(20)、警告指示灯(21)、呼叫指示灯(22)、矿灯电源盒体(11)、隔板(16)和灯体(33)组成。

本实用新型的整体结构图参见附图1。其中：

11＝矿灯电源盒体。是本实用新型的电源和电路的壳体，起到保护电池和电路的作用，并承载按钮和指示灯。

12＝无线通信部分。发送和接收无线信号，并对信号进行编码/解码处理。从天线(24)发送和接收无线信号，接受控制部分(13)的控制信号和命令信号等。

13＝控制部分。是本实用新型的指挥中心，包含微处理器、储存设备和各种控制接口，对无线通信部分(12)、定位部分(14)进行控制和处理，对指示灯和浓度指示灯进行输出显示和控制，对紧急求助按钮(19)和灯光切换及应答按钮(17)提供I/O接口，并对信息进行处理；对主工作灯和副工作灯输出进行控制。

14＝定位部分。是本实用新型的人员定位信息的编码和解码，受控制部分(13)的控制。人员的特定编码的设定和处理。

15＝电池。是本实用新型的能源提供者。推荐使用锂电子，也可以使用蓄电池和以后的新型电池。

16＝隔板。把电池(15)和控制部分(13)、无线通信部分(12)和定位部分(14)电路分割开来。在电池发生破裂时，保护电路部分。

17＝灯光切换按钮。对主工作灯、副工作灯以及灯光是否闪烁进行切换，并对系统指令进行应答。

18＝瓦斯浓度指示灯。显示所在区域的瓦斯浓度。以0.2为一刻度，浓度1％时报警，亮灯的数量以接收的瓦斯浓度信号同步，即如大于0.6％时，从右到左，亮到不低于3盏灯，0.6％浓度以下为绿色，0.8％为黄色，大于1％为红色报警灯。当人员所在区域只有一个瓦斯传感器，则显示该瓦斯传感器的浓度值；当人员所在区域有几个瓦斯传感器，则显示最高的瓦斯传感器的浓度。

19＝紧急求助按钮。当工作人员在井下发现异常情况，可按动此按钮要向调度中心发送求助信息，呼叫指示灯(22)处于闪烁状态；取消求助可再次按动该按钮，发送信息到调度中心，呼叫指示灯(22)取消闪烁状态。

20＝紧急指示灯。调度中心发送紧急信息时此灯亮，一般为红色；此紧急信息可以人为规定，如撤人。

21＝警告指示灯。调度中心发送警告信息时此灯亮，一般为黄色；此紧急信息可以人为规定，如警告该工作人员进入禁止区域。

22＝呼叫指示灯。为呼叫信息和求助信息显示指示灯。调度中心发送通知信息时此灯为绿色，求助时显示为黄色；此呼叫信息可以人为规定，如通知该工作人员上井开会。

23＝电缆。

24＝屏蔽线。也可以作为天线。天线也可以做在无线通信部分(12)的电路板上。

31＝主工作灯。适合各种新型的灯。

32＝副工作灯。适合各种新型的灯。

31＝灯头壳体。

本实用新型所依存的系统框图参见附图4。其中：

1＝人员管理系统。

2＝分站/基站。

3＝智能型矿灯。

4＝瓦斯监控系统。

5＝瓦斯浓度信号。

6＝人员定位系统(1)到分站/基站(2)下发信号。

7＝分站/基站(2)到人员定位系统(1)上传信号。

8＝分站/基站(2)到智能型矿灯(3)无线下发信号。

9＝智能型矿灯(3)到分站/基站(2)无线上传信号。

本实用新型方法流程如下：

1、井下工作人员每个人佩戴一个智能型矿灯，该智能型矿灯既是工作人员的工作照明的工作灯，也是瓦斯报警、工作人员身份的识别器，同时能接收调度信息、报警信息和发送求助信息。工作人员下井时，每人佩戴一个智能型矿灯(3)。定位系统(1)将该工作人员所配智能型矿灯的人员识别码和相关信息登记进系统内，使该工作人员进入被检测人员队列；

2、沿坑道沿线按一定的间距设置具有收发功能的分站或基站(2)，分站或基站(2)发射定位询问信号到设定的由微波信号覆盖形成的询问信号触发区；

3、当工作人员进入询问信号触发区，智能型矿灯询问信号后，由控制部分(13)发出信号，定位单元(14)产生人员标识码，通过无线通信单元(12)把定位信号(9)发送出去。

4、接收到智能型矿灯(3)发出的人员识别码的定位信号(7)后，通过发送到地面人员管理系统(1)，人员定位系统(1)显示该人员的信息和定位信息，并存储。

5、井下作业人员返回地面经出口的分站或基站(2)时，定位系统(1)自动登记人员出井数据，并将该工作人员从系统的在线监测人员登记表中予以删除。

6、佩戴智能型矿灯(3)的工作人员在井下作业时，其位置信息实时地传送到地面调度中心的人员管理系统(1)，人员管理系统从瓦斯监控系统(4)取出该人员所在区域的瓦斯监控数据(5)，进行编码生成信息码(6)，发送到分站或基站(2)，再通过无线发送信道(6)发送到智能型矿灯(3)。

7、若是正常的瓦斯数据，接收后，灯光不闪烁，瓦斯浓度指示灯(18)显示其相应的值。若瓦斯报警，智能型矿灯(3)闪烁3次，提醒该工作人员，并且瓦斯浓度指示灯(18)显示其相应数值，并且变为红色。

8、当调度室人员有事需要通知井下人员(发现井下某处异常，紧急撤离、警告某工作人员不在其工作位置，呼叫找人等)时，通过人员管理系统(1)发送信息(6)，经，编码成信息(8)发送到智能型矿灯(3)；呼叫指示灯(22)处于闪烁状态；取消求助可再次按动该按钮，发送信息到调度中心，呼叫指示灯(22)取消闪烁状态。

9、智能型矿灯(3)接收到调度室下发的信息后，灯光闪烁2次，提醒工作人员有信息到达，并通过信息指示灯(20、21、22)来显示。

10、佩戴智能型矿灯(3)的工作人员在井下作业时，若发现有异常情况(瓦斯高、裂缝、渗水等)时，可以按动紧急求助按钮(19)，智能型矿灯(3)产生求助信息编码(8)，发送到分站或基站(2)，分站或基站(2)编码成信息(7)发送到人员管理系统(1)，进行显示和存储。

11、佩戴的工作人员在井下进入到限制区域时，人员管理系统(1)得到该信息，立即发送命令到佩戴智能型矿灯(3)，使其矿灯灯光变暗，使该工作人员，离开该限制区域。离开限制区域后，该工作人员的智能型矿灯(3)正常工作。在紧急情况下，工作人员的智能型矿灯(3)在调度中心授权的情况下，可以在限制区域正常工作。

以上所述仅为本发明的一种较佳实施而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神所做的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求内。

Claims (10)

1、一种结合井下瓦斯报警和人员定位的智能型矿灯，它主要由无线通信单元(12)、控制单元(13)、定位单元(14)、天线(24)、电池(15)、工作照明主光源(31)、工作照明副光源(32)、灯体(33)、灯光切换及应答按钮(17)、瓦斯浓度指示灯(18)、紧急求助按钮(19)、紧急指示灯(20)、警告指示灯(21)、呼叫指示灯(22)、矿灯电源盒体(11)、隔板(16)和灯体(33)组成，其特征在于控制单元(13)与无线通信单元(12)、定位单元(14)、灯光切换及应答按钮(17)、瓦斯浓度指示灯(18)、紧急求助按钮(19)、紧急指示灯(20)、警告指示灯(21)、呼叫指示灯(22)、工作照明主光源(31)、工作照明副光源(32)相连接，天线(24)连接到无线通信单元(12)，电池(15)提供能源，灯光切换及应答按钮(17)、瓦斯浓度指示灯(18)、紧急求助按钮(19)、紧急指示灯(20)、警告指示灯(21)、呼叫指示灯(22)安装在矿灯电源盒体(11)上，它具有双向通信、人员定位、瓦斯报警、信息显示等部分，并可与井下瓦斯监控系统(4)、井下人员定位系统(1)和分站或基站(2)进行交互，组成完整的系统。

2、根据权利要求1所述的智能型矿灯，其特征在于具有显示瓦斯数据的瓦斯浓度指示灯(18)，该指示灯可以是发光二极管或其他显示装置。

3、根据权利要求1所述的智能型矿灯，其特征在于具有人员定位单元(14)。

4、根据权利要求1所述的智能型矿灯，其特征在于具有接收信息的指示灯：紧急指示灯(20)、警告指示灯(21)和呼叫指示灯(22)。

5、根据权利要求1所述的智能型矿灯，其特征在于工作照明副光源(32)具有闪烁功能，该矿灯每一次接收到报警或紧急信息时，工作照明副光源(32)循环闪烁2-3次。

6、根据权利要求1所述的智能型矿灯，其特征在于工作照明主光源(31)、工作照明副光源(32)具有变暗功能，当佩戴该矿灯的工作人员进入限制区域时，工作照明主光源(31)、工作照明副光源(32)会变暗。

7、根据权利要求1所述的智能型矿灯，其特征在于具有无线通信单元(12)和天线(24)，天线可以是常规天线和隐式天线。

8、根据权利要求1所述的智能型矿灯，其特征在于具有紧急求助按钮(19)，按动该按钮发送求助信息。

9、根据权利要求1所述的智能型矿灯，其特征在于具有手工操作的灯光切换及应答按钮(17)，当灯光闪烁时，按下该按钮停止闪烁，而当接收到信息时，按下该按钮进行应答。

10、根据权利要求1所述的智能型矿灯，其特征在于具有隔板(16)，把电池和电路部分分开。

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