CN215057583U

CN215057583U - 一种矿井环境多参数无线监测系统

Info

Publication number: CN215057583U
Application number: CN202121345744.9U
Authority: CN
Inventors: 简俊常; 杨博; 宾海雄; 王伟峰; 刘恒; 刘韩飞; 骆伟; 张震; 杨岩; 刘磊; 马砺; 王奕琛; 李志勇
Original assignee: Shaanxi Xike Zhian Information Technology Co ltd; Yanmei Heze Energy Chemical Co ltd; Xian University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi Xike Zhian Information Technology Co ltd; Yanmei Heze Energy Chemical Co ltd; Xian University of Science and Technology
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2031-06-17

Abstract

本实用新型公开了一种矿井环境多参数无线监测系统，包括中心处理服务器和多个均与中心处理服务器通信且用于监测矿井巷道内环境参数的监测系统。本实用新型结构简单、设计新颖，通过设置数据采集模块采集矿井巷道内混合气体的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度数据，并通过数据监测基站将采集到的数据传输至井下环网，最后，通过井下环网将采集到的数据传输至中心处理服务器，数据传输速度快，时效性强，且避免了大量线缆的使用，拆卸安装方便，维护简单、实用性强，便于推广使用。

Description

一种矿井环境多参数无线监测系统

技术领域

本实用新型属于矿井环境监测技术领域，具体涉及一种矿井环境多参数无线监测系统。

背景技术

煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％，煤炭行业是高危行业，瓦斯、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产，煤矿矿井火灾主要包括采空区火灾和巷道火灾，矿井巷道火灾具有发现难、发展迅猛、灭火和救护困难等特点。火灾一旦发生，如果火势不能得到及时控制，波及范围将迅速扩大，造成大量人员伤亡，因此，对矿井巷道内的环境进行监测具有重要意义，便于通过对矿井巷道内多个环境参数进行监测便于判断矿井巷道内是否发生火灾。现有的矿井巷道内用监测装置直接安装在矿井巷道内，当矿井巷道内的气体流通经过所安装的传感器时，所安装的传感器被动检测其安装位置周围的气体，检测精度低，且为了将监测装置检测到的数据传输至井上的中心处理服务器，矿井巷道内走线混乱，安全性差，且数据传输速度慢，时效性差。

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，提供一种矿井环境多参数无线监测系统，其结构简单、设计合理，且体积小，实现矿井巷道内环境的多个参数进行监测，监测效果好，且检测精度高，数据传输速度快，时效性强，且避免了大量线缆的使用，拆卸安装方便，维护简单、实用性强，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：一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：包括中心处理服务器和多个均与中心处理服务器通信用于监测矿井巷道内环境参数的监测系统，多个所述监测系统沿矿井巷道的长度方向均匀布设在矿井巷道内；

所述监测系统包括用于采集矿井巷道内环境参数的数据采集模块，以及与所述数据采集模块连接且用于采集所述数据采集模块的数据的数据监测基站，所述数据采集模块和所述数据监测基站均位于矿井巷道内，所述数据监测基站通过井下环网将其采集到的数据有线传输至中心处理服务器；

所述数据采集模块包括采集箱、均设置在采集箱内的第一电子线路板和传感器组，以及用于将矿井巷道内气体吸入至采集箱内的吸气泵，所述第一电子线路板上集成有微控制器和与微控制器相接的第一通信模块，所述传感器组的输出端与微控制器的输入连接。

上述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述传感器组包括温度传感器、湿度传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器、一氧化氮传感器、二氧化碳传感器、二氧化硫传感器、硫化氢传感器、氯化氢传感器、甲烷传感器和烟雾传感器，所述温度传感器、湿度传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器、一氧化氮传感器、二氧化碳传感器、二氧化硫传感器、硫化氢传感器、氯化氢传感器、甲烷传感器和烟雾传感器的输出端均与微控制器的输入端连接。

上述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述数据监测基站包括安装箱和设置在安装箱上的显示屏，以及设置在安装箱内的第二电子线路板，所述第二电子线路板上集成有处理器模块和与处理器模块相接的第二通信模块，所述第二通信模块与第一通信模块通信，所述显示屏的输入端与处理器模块的输出端连接，所述处理器模块的输出端井下环网与中心处理服务器连接。

上述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述吸气泵位于采集箱内，所述吸气泵的吸气口连接有吸气管道，所述吸气管道远离吸气泵的端部伸出采集箱，且所述吸气管道远离吸气泵的端部位于矿井巷道内，所述吸气泵的出气口暴露在采集箱内。

上述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述采集箱上开设有用于吸气管道伸出的通孔和用于采集箱内气体排出的排气孔，所述通孔和排气孔分别位于采集箱相对的两个侧板上。

上述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述第一通信模块和第二通信模块均可采用NB-IOT无线通信模块、LoRa无线通信模块或RS-485通信模块。

上述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述采集箱和安装箱均采用防爆材质制成。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单、设计新颖，通过设置数据采集模块采集矿井巷道内混合气体的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度数据，并通过数据监测基站将采集到的数据传输至井下环网，最后，通过井下环网将采集到的数据传输至中心处理服务器，数据传输速度快，时效性强，且避免了大量线缆的使用，拆卸安装方便，维护简单、实用性强，便于推广使用。

2、本实用新型通过在矿井巷道内设置多个监测系统同时对矿井巷道内不同位置处的混合气体进行采集和实时监测，进而实现对整个矿井巷道内的混合气体进行采集和实时监测，监测范围广，且避免人工巡检时无法同时对整个矿井巷道内的混合气体进行采集和检测的问题，监测效果好，且省时省力。

3、本实用新型通过设置吸气泵将矿井巷道内的混合气体吸入采集箱，使安装在采集箱内的传感器组主动检测吸入至采集箱内的混合气体的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度，检测精度高。

综上所述，本实用新型结构简单、设计新颖，通过设置数据采集模块采集矿井巷道内混合气体的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度数据，并通过数据监测基站将采集到的数据传输至井下环网，最后，通过井下环网将采集到的数据传输至中心处理服务器，数据传输速度快，时效性强，且避免了大量线缆的使用，拆卸安装方便，维护简单、实用性强，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为本实用新型监测系统的结构示意图。

图3为本实用新型数据采集模块的结构示意图。

图4为本实用新型监测系统和中心处理服务器的电路原理框图。

附图标记说明:

1—中心处理服务器； 2—监测系统； 3—矿井巷道；

4—井下环网； 5—采集箱； 6—排气孔；

7—吸气泵； 8—微控制器； 9—第一通信模块；

10—温度传感器； 11—湿度传感器； 12—氧气传感器；

13—一氧化碳传感器； 14—一氧化氮传感器； 15—二氧化碳传感器；

16—二氧化硫传感器； 17—硫化氢传感器； 18—氯化氢传感器；

19—甲烷传感器； 20—烟雾传感器； 21—安装箱；

22—显示屏； 23—处理器模块； 24—第二通信模块；

25—吸气管道。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型包括中心处理服务器1和多个均与中心处理服务器1通信且用于监测矿井巷道3内环境参数的监测系统2，多个所述监测系统2沿矿井巷道3的长度方向均匀布设在矿井巷道3内；

所述监测系统2包括用于采集矿井巷道3内环境参数的数据采集模块，以及与所述数据采集模块连接且用于采集所述数据采集模块的数据的数据监测基站，所述数据采集模块和所述数据监测基站均位于矿井巷道3内，所述数据监测基站通过井下环网4将其采集到的数据有线传输至中心处理服务器1；

所述数据采集模块包括采集箱5、均设置在采集箱5内的第一电子线路板和传感器组，以及用于将矿井巷道3内气体吸入至采集箱5内的吸气泵7，所述第一电子线路板上集成有微控制器8和与微控制器8相接的第一通信模块9，所述传感器组的输出端与微控制器8的输入连接。

本实施例中，需要说明的是，通过在矿井巷道3内沿其长度方向布设多个监测系统2同时对矿井巷道3内不同位置处的混合气体进行采集和实时监测，进而实现对整个矿井巷道3内的混合气体进行采集和实时监测，监测效果好；通过设置数据采集模块采集矿井巷道3内混合气体的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度，并通过数据监测基站将数据采集模块采集到的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度数据传输至矿井巷道3内已有的井下环网4，再通过井下环网4将温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度数据传输至中心处理服务器1，数据传输速度快，且时效性强，避免大量线缆的使用，拆卸安装方便，维护简单、实用性强，便于推广使用。

本实施例中，实际使用时，通过设置吸气泵7将矿井巷道3内的气体吸入采集箱5，使安装在采集箱5内的传感器组主动检测吸入至采集箱5内的气体的温度和湿度，以及气体中的氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度，检测精度高。

本实施例中，实际使用时，所述微控制器8优选为STM32F103RET6微控制器，所述中心处理服务器1为计算机。

如图3和图4所示，本实施例中，所述传感器组包括温度传感器10、湿度传感器11、氧气传感器12、一氧化碳传感器13、一氧化氮传感器14、二氧化碳传感器15、二氧化硫传感器16、硫化氢传感器17、氯化氢传感器18、甲烷传感器19和烟雾传感器20，所述温度传感器10、湿度传感器11、氧气传感器12、一氧化碳传感器13、一氧化氮传感器14、二氧化碳传感器15、二氧化硫传感器16、硫化氢传感器17、氯化氢传感器18、甲烷传感器19和烟雾传感器20的输出端均与微控制器8的输入端连接。

本实施例中，实际使用时，温度传感器10的型号优选为DS18B20，湿度传感器11的型号优选为DHT11，一氧化碳传感器13的型号优选为HONEYWELL4CO-500，一氧化氮传感器14的型号优选为FZN-3001-MZ-NO，二氧化碳传感器15的型号优选为CCS811HDC1080，二氧化硫传感器16的型号优选为霍尼韦尔4SO2-20，硫化氢传感器17的型号优选为winsenZE03-H2S，氯化氢传感器18的型号优选为winsenME3-HCl，甲烷传感器19的型号优选为winsenMH-440D，烟雾传感器20的型号优选为winsenMP503。

如图2和图4所示，本实施例中，所述数据监测基站包括安装箱21和设置在安装箱21上的显示屏22，以及设置在安装箱21内的第二电子线路板，所述第二电子线路板上集成有处理器模块23和与处理器模块23相接的第二通信模块24，所述第二通信模块24与第一通信模块9通信，所述显示屏22的输入端与处理器模块23的输出端连接，所述处理器模块23的输出端井下环网4与中心处理服务器1连接。

本实施例中，所述显示屏22优选为1.5寸的TFT显示屏，处理器模块23的型号为RK3399pro，处理器模块23的输出端通过网线与井下环网4的一端连接，井下环网4的另一端与中心处理服务器1连接。

如图2和图3所示，本实施例中，所述吸气泵7位于采集箱5内，所述吸气泵7的吸气口连接有吸气管道25，所述吸气管道25远离吸气泵7的端部伸出采集箱5，且所述吸气管道25远离吸气泵7的端部位于矿井巷道3内，所述吸气泵7的出气口暴露在采集箱5内。

本实施例中，实际使用时，通过设置吸气泵7持续将矿井巷道3内的混合气体吸入至采集箱5，加快采集箱5内混合气体的流通，便于采集箱5内的温度传感器10、湿度传感器11、氧气传感器12、一氧化碳传感器13、一氧化氮传感器14、二氧化碳传感器15、二氧化硫传感器16、硫化氢传感器17、氯化氢传感器18、甲烷传感器19和烟雾传感器20对采集箱5内的混合气体进行主动、实时的检测，检测精度高。

如图3所示，本实施例中，所述采集箱5上开设有用于吸气管道25伸出的通孔和用于采集箱5内气体排出的排气孔6，所述通孔和排气孔6分别位于采集箱5相对的两个侧板上。

本实施例中，通过设置排气孔6将采集箱5内的混合气体排出，便于采集箱5内的混合气体流通，使采集箱5内的传感器组检测的混合气体为吸气泵7最新吸入至采集箱5内的混合气体，进而实现传感器组对矿井巷道3内环境参数的实时监测，检测精度高。

如图4所示，本实施例中，所述第一通信模块9和第二通信模块24均可采用NB-IOT无线通信模块、LoRa无线通信模块或RS-485通信模块。

如图2所示，本实施例中，所述采集箱5和安装箱21均采用防爆材质制成。

本实施例中，实际使用时，采集箱5和安装箱21均采用防爆材质制成，便于对采集箱5内的传感器组和吸气泵7，以及安装箱21内的处理器模块23和第二通信模块24进行保护，进而保证该监测系统的可靠使用。

本实用新型具体使用时，通过在矿井巷道3内安装多个监测系统2同时对矿井巷道3内不同位置处的混合气体进行采集和实时监测，监测系统2包括均安装在矿井巷道3内的数据采集模块和数据监测基站，采集箱5内的吸气泵7将矿井巷道3内的混合气体吸入至采集箱5内，采集箱5内的温度传感器10、湿度传感器11、氧气传感器12、一氧化碳传感器13、一氧化氮传感器14、二氧化碳传感器15、二氧化硫传感器16、硫化氢传感器17、氯化氢传感器18、甲烷传感器19和烟雾传感器20实时检测采集箱5内混合气体的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度，并将检测到的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度数据传输给微控制器8，微控制器8将接收到的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度、烟雾浓度数据通过第一通信模块9和第二通信模块24传输给处理器模块23，处理器模块23将接收到的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度、烟雾浓度数据通过网线和井下环网4传输给中心处理服务器1，实现对矿井巷道3内混合气体组分浓度的监测。本实用新型结构简单、设计新颖，通过设置数据采集模块采集矿井巷道内混合气体的温度、湿度、氧气浓度、一氧化碳浓度、一氧化氮浓度、二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、硫化氢浓度、氯化氢浓度、甲烷浓度和烟雾浓度数据，并通过数据监测基站将采集到的数据传输至井下环网，最后，通过井下环网将采集到的数据传输至中心处理服务器，数据传输速度快，时效性强，且避免了大量线缆的使用，拆卸安装方便，维护简单、实用性强，便于推广使用。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是按照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

1.一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：包括中心处理服务器(1)和多个均与中心处理服务器(1)通信且用于监测矿井巷道(3)内环境参数的监测系统(2)，多个所述监测系统(2)沿矿井巷道(3)的长度方向均匀布设在矿井巷道(3)内；

所述监测系统(2)包括用于采集矿井巷道(3)内环境参数的数据采集模块，以及与所述数据采集模块连接且用于采集所述数据采集模块的数据的数据监测基站，所述数据采集模块和所述数据监测基站均位于矿井巷道(3)内，所述数据监测基站通过井下环网(4)将其采集到的数据有线传输至中心处理服务器(1)；

所述数据采集模块包括采集箱(5)、均设置在采集箱(5)内的第一电子线路板和传感器组，以及用于将矿井巷道(3)内气体吸入至采集箱(5)内的吸气泵(7)，所述第一电子线路板上集成有微控制器(8)和与微控制器(8)相接的第一通信模块(9)，所述传感器组的输出端与微控制器(8)的输入连接。

2.按照权利要求1所述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述传感器组包括温度传感器(10)、湿度传感器(11)、氧气传感器(12)、一氧化碳传感器(13)、一氧化氮传感器(14)、二氧化碳传感器(15)、二氧化硫传感器(16)、硫化氢传感器(17)、氯化氢传感器(18)、甲烷传感器(19)和烟雾传感器(20)，所述温度传感器(10)、湿度传感器(11)、氧气传感器(12)、一氧化碳传感器(13)、一氧化氮传感器(14)、二氧化碳传感器(15)、二氧化硫传感器(16)、硫化氢传感器(17)、氯化氢传感器(18)、甲烷传感器(19)和烟雾传感器(20)的输出端均与微控制器(8)的输入端连接。

3.按照权利要求1所述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述数据监测基站包括安装箱(21)和设置在安装箱(21)上的显示屏(22)，以及设置在安装箱(21)内的第二电子线路板，所述第二电子线路板上集成有处理器模块(23)和与处理器模块(23)相接的第二通信模块(24)，所述第二通信模块(24)与第一通信模块(9)通信，所述显示屏(22)的输入端与处理器模块(23)的输出端连接，所述处理器模块(23)的输出端井下环网(4)与中心处理服务器(1)连接。

4.按照权利要求1所述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述吸气泵(7)位于采集箱(5)内，所述吸气泵(7)的吸气口连接有吸气管道(25)，所述吸气管道(25)远离吸气泵(7)的端部伸出采集箱(5)，且所述吸气管道(25)远离吸气泵(7)的端部位于矿井巷道(3)内，所述吸气泵(7)的出气口暴露在采集箱(5)内。

5.按照权利要求1所述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述采集箱(5)上开设有用于吸气管道(25)伸出的通孔和用于采集箱(5)内气体排出的排气孔(6)，所述通孔和排气孔(6)分别位于采集箱(5)相对的两个侧板上。

6.按照权利要求3所述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述第一通信模块(9)和第二通信模块(24)均可采用NB-IOT无线通信模块、LoRa无线通信模块或RS-485通信模块。

7.按照权利要求3所述的一种矿井环境多参数无线监测系统，其特征在于：所述采集箱(5)和安装箱(21)均采用防爆材质制成。