專利名稱：采空區(qū)煤炭自燃無線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種煤炭自燃預(yù)警監(jiān)測裝置，尤其是一種適用于自然發(fā)火比較嚴 重礦區(qū)的煤礦井下采空區(qū)煤炭自燃無線監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
我國既是世界上煤炭產(chǎn)量最大的國家，也是煤層自燃發(fā)火最為嚴重的國家之一。 每年我國煤礦死亡人數(shù)是美國的200倍，印度的10多倍，百萬噸死亡率是世界平均水平的 10倍。據(jù)統(tǒng)計，我國國有重點煤礦中具有自然發(fā)火危險的礦井約占51.3%，占總礦井火災(zāi) 的90%以上。自然發(fā)火是防滅火工作的治理重點，絕大部分自然發(fā)火發(fā)生在采空區(qū)、巷幫破 碎煤柱及充填工作面采空區(qū)內(nèi)。近年來綜采放頂煤技術(shù)的推廣應(yīng)用，對實現(xiàn)高產(chǎn)高效開采 起到了重大作用，帶來了較大的經(jīng)濟效益。但綜放工作面浮煤厚度大，而且采空區(qū)遺煤厚度 大，導(dǎo)致煤自燃危險性增大。而綜采工作面產(chǎn)量大、設(shè)備精，一旦發(fā)生自燃勢必造成巨大的 經(jīng)濟損失。因此，采空區(qū)煤炭自燃不僅對礦工生命及國家財產(chǎn)構(gòu)成重大威脅，而且嚴重制約 煤礦生產(chǎn)能力的發(fā)揮，造成了不良的社會和政治影響。因此，防治采空區(qū)煤炭自燃是保證我 國煤礦安全生產(chǎn)工作的重點。由于煤炭自燃發(fā)火95%以上都在采空區(qū)，人們不能直視和達到的地點。近10年 來，為準確的測定采空區(qū)溫度、CO和02濃度，掌握采空區(qū)煤炭自燃規(guī)律，國內(nèi)外眾多學(xué)者進 行了長期的基礎(chǔ)理論研究和科學(xué)實驗，形成了兩種采空區(qū)參數(shù)采樣的常用方法(1)利用 FBG技術(shù)，即在采空區(qū)內(nèi)按一定的走向、傾斜方向間距布網(wǎng)，每一網(wǎng)格節(jié)上預(yù)埋一光纖溫度 傳感器連續(xù)監(jiān)測采空區(qū)溫度動態(tài)變化規(guī)律。FBG技術(shù)能夠精確、連續(xù)測試采空區(qū)溫度變化， 為分析采空區(qū)自然發(fā)火規(guī)律和判斷自燃發(fā)火態(tài)勢提供良好數(shù)據(jù)資料，但該方法光纖布設(shè)復(fù) 雜困難，采樣數(shù)據(jù)單一；(2)煤自然發(fā)火束管監(jiān)測裝置和煤自然發(fā)火色譜監(jiān)測裝置。束管監(jiān) 測裝置是利用真空泵，通過一組空心塑料管將井下監(jiān)測地點的空氣直接抽至分析單元中進 行檢測。束管監(jiān)測裝置由采樣器、接管箱、放水器、除塵器、抽氣泵、采樣控制柜和分析單元 組成。KHY系列氣相色譜監(jiān)測裝置主要由氣體采集、氣體分析和數(shù)據(jù)處理三大部分組成。通 過聚氯乙烯管將工作面、上隅角、采空區(qū)等處的氣體抽吸到分析儀器，由氣相色譜分析儀完 成對自然發(fā)火標志氣體的分析，微機對采集分析儀器的輸出信號進行數(shù)據(jù)處理后提出預(yù)測 預(yù)報結(jié)論。該裝置能對C0、C02、CH4、C2H4等多種氣體進行實時監(jiān)測。束管檢測裝置和氣相 色譜監(jiān)測裝置存在的缺點是管網(wǎng)長、采樣測定滯后時間長；管路積水以及粉塵進入管路 堵塞后難以處理；人為或其它因素破壞管路的可能性大，管路維護量較大；地面設(shè)備多，需 專人管理。另外，由于束管監(jiān)測裝置在束管傳輸氣樣和對氣樣進行分析的工程中均存在不 同程度的時間滯后現(xiàn)象，因此它不能像電信號監(jiān)測裝置那樣反映測點氣體的瞬時濃度值， 并且由于裝置分析軟件存在一定缺陷，無法完全適應(yīng)實際情況。由此可見束 監(jiān)測裝置和 氣相色譜監(jiān)測裝置不適合監(jiān)測氣體濃度的瞬間值。
實用新型內(nèi)容實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，測試方便，靈 敏度高、使用效果好的一種采空區(qū)煤炭自燃無線監(jiān)測裝置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的采空區(qū)煤炭自燃無線監(jiān)測裝置，由設(shè)在采空區(qū)的 多組信號發(fā)射器和回采工作面便攜式接收器構(gòu)成，其中每組信號發(fā)射器包括間隔埋設(shè)在 采空區(qū)內(nèi)的多種傳感器，多種傳感器分別連接A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器與單片機I相連， 單片機I上連接有無線收發(fā)模塊；便攜式接收器包括單片機II，分別與單片機II相接的無 線收發(fā)模塊、顯示模塊、485通訊口及功能按鈕。所述的多種傳感器為CO濃度傳感器、02濃度傳感器、CH4濃度傳感器和溫度度傳 感器；所述的單片機I的型號為P89LPC932，單片機II的型號為MSP430。有益效果本實用新型電路簡單、功耗低、測量精度高，在回采工作面上可以通過 便攜式接收器精確的測量采空區(qū)內(nèi)部CO、02、溫度、CH4等參數(shù)情況，將采空區(qū)內(nèi)的各類待 測參數(shù)信號變?yōu)殡娦盘?，通過單片機對信號進行處理，控制無線收發(fā)模塊進行發(fā)送；測試方 便，可以將便攜式接收器的485接口連接到井下分站，通過井下監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對采空 區(qū)參數(shù)的地面實時監(jiān)測；靈敏度高，該監(jiān)測技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比傳感器分辨率高，測量數(shù)據(jù) 精確，通信方式簡單，可靠性高，工作效率高，能提供更加全面準確的CO、02、CH4、溫度參數(shù) 值，且造價低，使得對采空區(qū)煤炭自燃危險性的預(yù)測和評價結(jié)果更加準確，具有廣泛的適用 性。

圖1是本實用新型使用分布示意圖。圖2是本實用新型的發(fā)射器構(gòu)成框圖。圖3是本實用新型的接收器構(gòu)成框圖。其中1_信號發(fā)射器；2-便攜式接收器；3-A/D轉(zhuǎn)換器；4-單片機I ；5-單片機II ； 6-無線收發(fā)模塊；7-顯示模塊；8-無線收發(fā)模塊；9-485通訊口 ； 10-功能按鈕；a_C0濃度 傳感器；b_02濃度傳感器；c_CH4濃度傳感器；d-溫度傳感器；K-采空區(qū)；H-巷道；G-回采 工作面；M-煤層；FZ-井下分站。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的一個實施例作進一步的描述圖1所示，在采空區(qū)K設(shè)置多組信號發(fā)射器1，在回采工作面G設(shè)置接收多組信號 發(fā)射器1信號的便攜式接收器2，每組信號發(fā)射器1利用多種傳感器為探頭、多種傳感器有 CO濃度傳感器a、02濃度傳感器b、CH4濃度傳感器c和溫度度傳感器d，它們間隔排列設(shè)在 采空區(qū)內(nèi)。圖2所示；每組信號發(fā)射器1由多種傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器3，單片機I 4和無線收 發(fā)模塊6組成，多種傳感器分別與A/D轉(zhuǎn)換器3連接，通過A/D轉(zhuǎn)換器3連接單片機I 4，單 片機I 4上連接有無線發(fā)射模塊6，單片機I 4的型號為P89LPC932。圖3所示；便攜式接 收器2包括單片機115，單片機115上分別連接有無線接收模塊8、顯示模塊7、485通訊口 9及功能按鈕10。單片機115的型號為MSP430。工作原理⑶濃度傳感器a、02濃度傳感器b、溫度傳感器c、CH4濃度傳感器d均采用電阻式傳感器，通過恒流源輸出一個線性小電壓值，由線性儀表放大器對小電壓信號 進行線性放大，再通過精度為12位及以上的A/D轉(zhuǎn)換器3，將轉(zhuǎn)化好的數(shù)字信號傳遞給單 片機I 4，單片機I 4處理數(shù)據(jù)后通過無線收發(fā)模塊6發(fā)出信號，無線收發(fā)模塊8收到數(shù)據(jù) 包后，對數(shù)據(jù)包解調(diào)并將數(shù)據(jù)通過讀寫操作傳遞給單片機II 5，如果收到的數(shù)據(jù)是CO濃度 傳感器a發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，則使用CO濃度數(shù)據(jù)處理子程序，同時將處理好的數(shù)據(jù)以十進制 含單位的數(shù)據(jù)在顯示模塊上顯示，如果收到的數(shù)據(jù)是02濃度傳感器b發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，則 使用02濃度數(shù)據(jù)處理子程序，同時將處理好的數(shù)據(jù)以十進制含單位的數(shù)據(jù)在顯示模塊上顯 示，如果收到的數(shù)據(jù)是溫度傳感器c發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，則使用溫度數(shù)據(jù)處理子程序，同時將 處理好的數(shù)據(jù)以十進制含單位的數(shù)據(jù)在顯示模塊上顯示，如果收到的數(shù)據(jù)是014濃度傳感 器d發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，則使用CH4濃度數(shù)據(jù)處理子程序，同時將處理好的數(shù)據(jù)以十進制含單 位的數(shù)據(jù)在顯示模塊上顯示。如果回采工作面G附近有監(jiān)測監(jiān)控分站FZ，則可通過485通 信線將便攜式接收器2與監(jiān)測監(jiān)控分站FZ連接，將數(shù)據(jù)融入監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，在井上服務(wù)器 將數(shù)據(jù)處理好，然后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布就可以在井上辦公室web瀏覽器上查看采空區(qū)當前和歷 史數(shù)據(jù)。另外，便攜式接收器2上設(shè)置的功能按鈕有復(fù)位按鈕、喚醒發(fā)射器按鈕、使能外部 通信按鈕、歷史查詢按鈕、開關(guān)按鈕。 使用時，先對采空區(qū)K與煤層M的距離(與回采方向垂直)進行分析，一般每隔20 米放置一到兩套(可根據(jù)回采工作面G的寬度調(diào)節(jié))CO、02、溫度、CH4等參數(shù)傳感器，每個 傳感器相距3-5米，沿直線排開，并設(shè)置一定的冗余量；CH4傳感器應(yīng)設(shè)置在高處；本套裝置 設(shè)計中已經(jīng)考慮了使用金屬結(jié)構(gòu)固定等措施；由于氧化帶煤自燃的概率非常小，連接不同 型號傳感器的信號發(fā)射器1剛設(shè)置后處于休眠狀態(tài)，等待外部請求，可以根據(jù)回采進度對 其喚醒；正常工作期間，為了節(jié)省能量還可以設(shè)置一定的閾值，只有在采樣值大于閾值以后 才與便攜式接收器2通信；如果由于傳播距離太遠信號收不到，可以通過外部請求，使次級 信號發(fā)射器處于接收和發(fā)射的半雙工狀態(tài)，次級信號發(fā)射器接受到前一級信號發(fā)射器的信 號并對其進行處理向下一級發(fā)射，這樣就通過半雙工通信實現(xiàn)信號接力，從而監(jiān)測較遠距 離采空區(qū)K的參數(shù)；將便攜式接收器2設(shè)在回采工作面G巷道H附近，即可接收信號發(fā)射器 1發(fā)出的數(shù)據(jù)，對收到數(shù)據(jù)進行地址判斷和信息路由，詳細分析各種數(shù)據(jù)并進行實時顯示或 遠程通信，還可以將便攜式接收器的485接口連接到井下分站FZ，通過井下監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 實現(xiàn)對采空區(qū)K參數(shù)的地面實時監(jiān)測；還可通過便攜式接收器2上的功能按鈕對信號發(fā)射 器1發(fā)送請求。
權(quán)利要求一種采空區(qū)煤炭自燃無線監(jiān)測裝置，其特征在于它由設(shè)在采空區(qū)的多組信號發(fā)射器(1)和回采工作面便攜式接收器(2)構(gòu)成，其中每組信號發(fā)射器(1)包括間隔埋設(shè)在采空區(qū)內(nèi)的多種傳感器，多種傳感器分別連接A/D轉(zhuǎn)換器(3)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器(3)與單片機I(4)相連，單片機I(4)上連接有無線收發(fā)模塊(6)；便攜式接收器(2)包括單片機II(5)，分別與單片機II(5)相接的無線收發(fā)模塊(8)、顯示模塊(7)、485通訊口(9)及功能按鈕(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)煤炭自燃無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的多種傳 感器為CO濃度傳感器(a)、02濃度傳感器(b)、CH4濃度傳感器(c)和溫度度傳感器(d)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)煤炭自燃無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的單片機 1(4)的型號為P89LPC932，單片機11(5)的型號為MSP430。
專利摘要一種采空區(qū)煤炭自燃無線監(jiān)測裝置，由設(shè)在采空區(qū)的多組信號發(fā)射器和回采工作面便攜式接收器構(gòu)成，其中每組信號發(fā)射器包括間隔埋設(shè)在采空區(qū)內(nèi)的多種傳感器，多種傳感器分別連接A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器與單片機I相連，單片機I上連接有無線發(fā)射模塊；便攜式接收器包括單片機II，分別與單片機II相接的無線接收模塊、顯示模塊、485通訊口及功能按鈕?？赏ㄟ^便攜式接收器監(jiān)測采空區(qū)內(nèi)部的CO、O2、溫度、CH4等參數(shù)情況，將采空區(qū)內(nèi)的各類待測參數(shù)信號變?yōu)殡娦盘?，通過單片機I對信號進行處理，控制無線收發(fā)模塊發(fā)送，可將便攜式接收器的485接口連接到井下分站，通過井下監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對采空區(qū)參數(shù)的地面實時監(jiān)測。其電路簡單、功耗低、測量精度高，測試方便。
文檔編號G01K7/16GK201583519SQ20092023244
公開日2010年9月15日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者劉克功, 吳征艷, 王蘭云, 王凱, 王彥凱, 蔣曙光, 邵昊 申請人:中國礦業(yè)大學(xué);山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司