CN205422828U - 一种采空区煤层防自燃预警保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，包括信号采集模块和与信号采集模块无线连接的信号处理模块，信号采集模块包括第一微控制器、与第一微控制器输出端相接的无线发射模块和传感器组，信号处理模块包括第二微控制器、与第二微控制器输入端相接的无线接收模块和与第二微控制器输出端相接的执行机构，无线发射模块的输出端与无线接收模块的输入端相接，传感器组包括温度传感器、烟雾传感器、瓦斯气体传感器和粉尘传感器，所述执行机构包括除烟模块、灭火模块、报警电路、显示电路和上位机。本实用新型可有效提高对采空区煤层自燃预警的可靠性和准确性，实现针对煤层自燃的实时无线监测，使用效果好，便于推广使用。

Description

一种采空区煤层防自燃预警保护装置

技术领域

本实用新型属于矿用安全设备技术领域，具体涉及一种采空区煤层防自燃预警保护装置。

背景技术

我国既是世界上煤炭产量最大的国家，也是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，同时还是煤层自燃发火最为严重的国家之一。我国国有重点煤矿中存在自然发火危险的矿井约占51.3％,由于自燃引起的火灾占总火灾数的90％以上。防灭火工作的治理重点是煤层自燃发火，而绝大部分自燃发火发生在采空区、巷帮破碎煤柱及充填工作面采空区内。近年来综采放顶煤技术的推广应用，对实现高产高效开采起到了重大作用，带来了较大的经济效益。但综放工作面浮煤厚度大，而且采空区遗煤厚度大，导致煤自燃危险性增大。因此，防治采空区煤炭自燃是保证我国煤矿安全生产工作的重点。相关领域的研究人员一直致力于对采空区内隐蔽自燃火源位置、规模和发展趋势的有效探测的研究，但由于井下环境和影响因素的复杂性，以及受各种探测技术手段和途经本身的限制，对煤自燃探测的研究还不够深入。

当采空区煤炭发生自燃时，由于煤矿粉尘以及瓦斯气体的存在，容易发生煤矿爆炸事件，危及工作面的正常回采，甚至烧损设备、冻结大量的煤、导致井下火灾和瓦斯爆炸以及危害从业人员的健康等危害。基于以上因素，加强对采空区煤层的预警保护装置的研究是必要的，因此需要一种采空区煤层防自燃预警保护装置，提高对煤矿采空区煤层自燃预警的可靠性和准确性，实现了针对煤层自燃的实时无线监测，降低工作过程中对工作人员的伤害，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种采空区煤层防自燃预警保护装置。该装置可有效提高对煤矿采空区煤层自燃预警的可靠性和准确性，实现煤层自燃的实时无线监测，降低工作过程中对工作人员的伤害，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：包括信号采集模块和与信号采集模块无线连接的信号处理模块，所述信号采集模块包括第一微控制器、与第一微控制器输出端相接的无线发射模块和传感器组，所述信号处理模块包括第二微控制器、与第二微控制器输入端相接的无线接收模块和与第二微控制器输出端相接的执行机构，所述无线发射模块的输出端与无线接收模块的输入端相接，所述传感器组包括烟雾传感器、瓦斯气体传感器、与第一微控制器输入端相接的温度传感器和与第一微控制器输入端相接的粉尘传感器，所述烟雾传感器与第一微控制器之间接有第一信号调理电路，所述瓦斯气体传感器与第一微控制器之间接有第二信号调理电路，所述第一微控制器的输入端接有第一电源模块，所述第一电源模块与无线发射模块之间接有第一降压模块，所述第二微控制器的输入端接有键盘电路和第二电源模块，所述第二电源模块与无线接收模块之间接有第二降压模块，所述执行机构包括除烟模块、灭火模块、报警电路、显示电路和上位机，所述除烟模块的输入端接有第一手动开关，所述灭火模块的输入端接有第二手动开关；

所述无线发射模块包括型号为nRF905的芯片U1，芯片U1的TRX-CE引脚、PWR-UP引脚、uPCLK引脚、CD引脚、AM引脚、DR引脚、MISO引脚、MOSI引脚、SCK引脚、CSN引脚和TXEN引脚均与第一微控制器相接，所述无线接收模块包括型号为nRF905的芯片U2，芯片U2的TRX-CE引脚、PWR-UP引脚、uPCLK引脚、CD引脚、AM引脚、DR引脚、MISO引脚、MOSI引脚、SCK引脚、CSN引脚和TXEN引脚均与第二微控制器相接。

上述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述温度传感器包括芯片DS18B20，所述芯片DS18B20的DQ引脚与第一微控制器相接，芯片DS18B20的VCC引脚与5V电源端相接。

上述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述烟雾传感器包括芯片MQ-2，所述第一信号调理电路包括型号为ADC0832的芯片U3，所述芯片MQ-2的第6引脚分三路，一路与芯片MQ-2的第4引脚相接，另一路经电阻R3接地，第三路与芯片U3的CHO引脚相接，芯片U3的CS引脚、CLK引脚、DO引脚和DI引脚均与第一微控制器相接。

上述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述瓦斯气体传感器包括芯片MJC4/2.5J，所述第二信号调理电路包括型号为ADC0832的芯片U4，所述芯片MJC4/2.5J的A引脚与2.5V电源端相接，芯片MJC4/2.5J的C引脚分两路，一路经电阻R4接地，另一路与芯片U4的CHO引脚相接，芯片U4的CS引脚、CLK引脚、DO引脚和DI引脚均与第一微控制器相接。

上述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：第一降压模块包括型号为LM337的芯片U5，所述芯片U5的VO引脚与芯片U1的VDD引脚相接，第二降压模块包括型号为LM337的芯片U6，所述芯片U6的VO引脚与芯片U2的VDD引脚相接。

上述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述显示电路包括芯片LCD1602和排阻RP1。

上述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述报警电路包括蜂鸣器LS2320与发光二极管D1，所述蜂鸣器LS2320的一端与三极管Q1的集电极相接，三极管Q1的基极经电阻R2与第二微控制器相接，蜂鸣器LS2320的另一端与发光二极管D1的阳极相接，发光二极管D1的阴极接地。

上述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述第一微控制器包括型号为AT89C52的单片机U7，第二微控制器包括型号为AT89C52的单片机U8。

上述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述温度传感器的数量为多个。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的结构简单，设计合理，实现及使用操作方便。

2、本实用新型采用传感器组对煤矿采空区的自燃情况进行监测，有效提高了对煤矿采空区煤层自燃预警的可靠性和准确性，具有重要的实际意义。

3、本实用新型增加除烟模块和灭火模块，及时针对煤矿采空区的自燃监测情况做出保护措施，降低了开采过程和撤离过程中工作人员的伤害。

4、本实用新型采用射频收发芯片进行数据的无线传输，省去了煤矿井下电缆的布设，增加了在煤矿现场不同位置布设传感器组的可能，实用性强，使用效果好。

综上所述，本实用新型有效提高了对煤矿采空区煤层自燃预警的可靠性和准确性，实现了针对煤层自燃的实时无线监测，降低了工作过程中对工作人员的伤害，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型第一微控制器与温度传感器的电路连接关系示意图。

图3为本实用新型烟雾传感器与第一信号调理电路的电路连接关系示意图。

图4为本实用新型瓦斯气体传感器与第二信号调理电路的电路连接关系示意图。

图5为本实用新型第二微控制器与报警电路的电路连接关系示意图。

图6为本实用新型无线发射模块的电路原理图。

图7为本实用新型无线接收模块的电路原理图。

图8为本实用新型第一降压模块的电路原理图。

图9为本实用新型第二降压模块的电路原理图。

附图标记说明:

1—温度传感器；2—烟雾传感器；

3—瓦斯气体传感器；4—粉尘传感器；

5—第一微控制器；6—第一信号调理电路；

7—第二信号调理电路；8—第一电源模块；

9—第一降压模块；10—无线发射模块；11—无线接收模块；

12—第二降压模块；13—第二电源模块；14—键盘电路；

15—第二微控制器；16—除烟模块；17—灭火模块；

18—报警电路；19—显示电路；20—上位机；

21—第一手动开关；22—第二手动开关。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括信号采集模块和与信号采集模块无线连接的信号处理模块，所述信号采集模块包括第一微控制器5、与第一微控制器5输出端相接的无线发射模块10和传感器组，所述信号处理模块包括第二微控制器15、与第二微控制器15输入端相接的无线接收模块11和与第二微控制器15输出端相接的执行机构，所述无线发射模块10的输出端与无线接收模块11的输入端相接，所述传感器组包括烟雾传感器2、瓦斯气体传感器3、与第一微控制器5输入端相接的温度传感器1和与第一微控制器5输入端相接的粉尘传感器4，所述烟雾传感器2与第一微控制器5之间接有第一信号调理电路6，所述瓦斯气体传感器3与第一微控制器5之间接有第二信号调理电路7，所述第一微控制器5的输入端接有第一电源模块8，所述第一电源模块8与无线发射模块10之间接有第一降压模块9，所述第二微控制器15的输入端接有键盘电路14和第二电源模块13，所述第二电源模块13与无线接收模块11之间接有第二降压模块12，所述执行机构包括除烟模块16、灭火模块17、报警电路18、显示电路19和上位机20，所述除烟模块16的输入端接有第一手动开关21，所述灭火模块17的输入端接有第二手动开关22；

如图2和图5所示，本实施例中，所述第一微控制器6包括型号为AT89C52的单片机U7，第二微控制器10包括型号为AT89C52的单片机U8。

如图6和图7所示，所述无线发射模块10包括型号为nRF905的芯片U1，芯片U1的TRX-CE引脚、PWR-UP引脚、uPCLK引脚、CD引脚、AM引脚、DR引脚、MISO引脚、MOSI引脚、SCK引脚、CSN引脚和TXEN引脚分别与单片机U7的P0.7引脚、P0.4引脚、P0.6引脚、P0.3引脚、P2.0引脚、P0.2引脚、P2.2引脚、P0.1引脚、P2.4引脚、P0.0引脚和P0.5引脚相接，所述无线接收模块11包括型号为nRF905的芯片U2，芯片U2的TRX-CE引脚、PWR-UP引脚、uPCLK引脚、CD引脚、AM引脚、DR引脚、MISO引脚、MOSI引脚、SCK引脚、CSN引脚和TXEN引脚分别与单片机U8的P0.7引脚、P0.4引脚、P0.6引脚、P0.3引脚、P2.0引脚、P0.2引脚、P2.2引脚、P0.1引脚、P2.4引脚、P0.0引脚和P0.5引脚相接。

如图2所示，本实施例中，所述温度传感器1包括芯片DS18B20，所述芯片DS18B20的DQ引脚与单片机U7的P3.7引脚相接，芯片DS18B20的VCC引脚与5V电源端相接。

如图3所示，本实施例中，所述烟雾传感器2包括芯片MQ-2，所述第一信号调理电路6包括型号为ADC0832的芯片U3，所述芯片MQ-2的第6引脚分三路，一路与芯片MQ-2的第4引脚相接，另一路经电阻R3接地，第三路与芯片U3的CHO引脚相接，芯片U3的CS引脚和CLK引脚分别与单片机U7的P1.2引脚和P1.0引脚相接，芯片U3的DO引脚分两路，一路与芯片U3的DI引脚相接，另一路与单片机U7的P1.1引脚相接。

如图4所示，本实施例中，所述瓦斯气体传感器3包括芯片MJC4/2.5J，所述第二信号调理电路7包括型号为ADC0832的芯片U4，所述芯片MJC4/2.5J的A引脚与2.5V电源端相接，芯片MJC4/2.5J的C引脚分两路，一路经电阻R4接地，另一路与芯片U4的CHO引脚相接，芯片U4的CS引脚和CLK引脚分别与单片机U7的P1.7引脚和P1.5引脚相接，芯片U4的DO引脚分两路，一路与芯片U4的DI引脚相接，另一路与单片机U7的P1.6引脚相接。

如图8和图9所示，本实施例中，第一降压模块9包括型号为LM337的芯片U5，所述芯片U5的VO引脚与芯片U1的VDD引脚相接，第二降压模块12包括型号为LM337的芯片U6，所述芯片U6的VO引脚与芯片U2的VDD引脚相接。

本实施例中，所述显示电路19包括芯片LCD1602和排阻RP1。

如图5所示，本实施例中，所述报警电路18包括蜂鸣器LS2320与发光二极管D1，所述蜂鸣器LS2320的一端与三极管Q1的集电极相接，三极管Q1的基极经电阻R2与单片机U8的P3.4引脚相接，蜂鸣器LS2320的另一端与发光二极管D1的阳极相接，发光二极管D1的阴极接地。

如图1所示，本实施例中，所述温度传感器1的数量为多个。

具体实施时，温度传感器1的数量均多个，多个温度传感器1布设在煤矿采空区煤层不同位置，由温度传感器1、烟雾传感器2、瓦斯气体传感器3和粉尘传感器4采集煤矿采空区煤层的温度、烟雾浓度、瓦斯气体浓度和粉尘浓度，并将数据信号送给单片机U7，数据信号通过无线发射模块10以无线传送的方式传送给无线接收模块11，单片机U8通过无线接收模块11接收到数据信号，提取出煤矿采空区煤层的温度、烟雾浓度、瓦斯气体浓度和粉尘浓度数据信号，将数据信号显示在显示电路19以及上位机20上，并将数据信号与通过键盘电路设定的报警阈值进行比较，当数据信号超过报警阈值时，单片机U8发出控制信号，除烟模块16启动风扇，灭火模块17启动水泵，报警电路18启动声音报警和灯光报警，当烟雾浓度、温度和瓦斯气体浓度均低于报警阈值时，除烟模块16自动停止，当温度和粉尘浓度均低于报警阈值时，灭火模块17自动停止。除烟模块16上设置有第一手动开关21，灭火模块17上设置有第二手动开关22，避免火灾发生时除烟模块16和灭火模块17无法自动开启时煤层自燃造成的严重后果。

以上所述，仅是本实用新型的实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：包括信号采集模块和与信号采集模块无线连接的信号处理模块，所述信号采集模块包括第一微控制器(5)、与第一微控制器(5)输出端相接的无线发射模块(10)和传感器组，所述信号处理模块包括第二微控制器(15)、与第二微控制器(15)输入端相接的无线接收模块(11)和与第二微控制器(15)输出端相接的执行机构，所述无线发射模块(10)的输出端与无线接收模块(11)的输入端相接，所述传感器组包括烟雾传感器(2)、瓦斯气体传感器(3)、与第一微控制器(5)输入端相接的温度传感器(1)和与第一微控制器(5)输入端相接的粉尘传感器(4)，所述烟雾传感器(2)与第一微控制器(5)之间接有第一信号调理电路(6)，所述瓦斯气体传感器(3)与第一微控制器(5)之间接有第二信号调理电路(7)，所述第一微控制器(5)的输入端接有第一电源模块(8)，所述第一电源模块(8)与无线发射模块(10)之间接有第一降压模块(9)，所述第二微控制器(15)的输入端接有键盘电路(14)和第二电源模块(13)，所述第二电源模块(13)与无线接收模块(11)之间接有第二降压模块(12)，所述执行机构包括除烟模块(16)、灭火模块(17)、报警电路(18)、显示电路(19)和上位机(20)，所述除烟模块(16)的输入端接有第一手动开关(21)，所述灭火模块(17)的输入端接有第二手动开关(22)；

所述无线发射模块(10)包括型号为nRF905的芯片U1，芯片U1的TRX-CE引脚、PWR-UP引脚、uPCLK引脚、CD引脚、AM引脚、DR引脚、MISO引脚、MOSI引脚、SCK引脚、CSN引脚和TXEN引脚均与第一微控制器(5)相接，所述无线接收模块(11)包括型号为nRF905的芯片U2，芯片U2的TRX-CE引脚、PWR-UP引脚、uPCLK引脚、CD引脚、AM引脚、DR引脚、MISO引脚、MOSI引脚、SCK引脚、CSN引脚和TXEN引脚均与第二微控制器(10)相接。

2.按照权利要求1所述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述温度传感器(1)包括芯片DS18B20，所述芯片DS18B20的DQ引脚与第一微控制器(5)相接，芯片DS18B20的VCC引脚与5V电源端相接。

3.按照权利要求1所述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述烟雾传感器(2)包括芯片MQ-2，所述第一信号调理电路(6)包括型号为ADC0832的芯片U3，所述芯片MQ-2的第6引脚分三路，一路与芯片MQ-2的第4引脚相接，另一路经电阻R1接地，第三路与芯片U3的CHO引脚相接，芯片U3的CS引脚、CLK引脚、DO引脚和DI引脚均与第一微控制器(5)相接。

4.按照权利要求1所述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述瓦斯气体传感器(3)包括芯片MJC4/2.5J，所述第二信号调理电路(7)包括型号为ADC0832的芯片U4，所述芯片MJC4/2.5J的A引脚与2.5V电源端相接，芯片MJC4/2.5J的C引脚分两路，一路经电阻R2接地，另一路与芯片U4的CHO引脚相接，芯片U4的CS引脚、CLK引脚、DO引脚和DI引脚均与第一微控制器(5)相接。

5.按照权利要求1所述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：第一降压模块(9)包括型号为LM337的芯片U5，所述芯片U5的VO引脚与芯片U1的VDD引脚相接，第二降压模块(12)包括型号为LM337的芯片U6，所述芯片U6的VO引脚与芯片U2的VDD引脚相接。

6.按照权利要求1所述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述显示电路(19)包括芯片LCD1602和用于调节显示器亮度的排阻RP1。

7.按照权利要求1所述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述报警电路(18)包括蜂鸣器LS2320与发光二极管D1，所述蜂鸣器LS2320的一端与三极管Q1的集电极相接，三极管Q1的基极经电阻R2与第二微控制器(10)相接，蜂鸣器LS2320的另一端与发光二极管D1的阳极相接，发光二极管D1的阴极接地。

8.按照权利要求1所述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述第一微控制器(6)包括型号为AT89C52的单片机U7，第二微控制器(10)包括型号为AT89C52的单片机U8。

9.按照权利要求1所述的一种采空区煤层防自燃无线预警保护装置，其特征在于：所述温度传感器(1)的数量为多个。