專利名稱：礦井安全預(yù)警與救援信息系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線信息發(fā)送和接收系統(tǒng)，特別涉及用于礦井安全預(yù)警與救援信息的無線發(fā)送和接收系統(tǒng)。隨著礦井開采深度的增加和井下巷道的不斷延伸，各種災(zāi)害的威脅程度都在增加，災(zāi)害治理的難度在加大。表現(xiàn)在瓦斯涌出量越來越大，礦山壓力增大，災(zāi)害治理更加復(fù)雜等。我國煤炭產(chǎn)量占全球35％，事故死亡人數(shù)卻達全球80％。每采集100萬噸煤的礦工死亡率，約是美國的100倍、南非的30倍，居全球之冠。2001年至2004年，平均每7.4日發(fā)生一起逾十人死亡的礦山事故。2004年，死亡6027人，平均每日約16名礦工喪失生命。這勢必在國際上極大地影響我國的形象。
目前裝備于礦井中的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)很多，一般的做法是通過在井下主要地段設(shè)置不同類型的傳感器采集數(shù)據(jù)，及時將井下安全數(shù)據(jù)信息實時傳送向地面管理系統(tǒng)，如地面監(jiān)控主機，可以比較準確地掌握井下現(xiàn)場的基本情況。不足之處是當井下出現(xiàn)緊急情況時，系統(tǒng)并不具備在第一時間向井下帶班作業(yè)人員及時發(fā)送緊急應(yīng)對命令，通知井下帶班作業(yè)領(lǐng)導(dǎo)迅速組織作業(yè)人員執(zhí)行緊急應(yīng)對措施或進行疏散撤離的功能。目前也沒有能在正常生產(chǎn)作業(yè)中進行調(diào)度指揮的系統(tǒng)。本發(fā)明的目的在于提供一種日?？勺髡{(diào)度指揮，井下出現(xiàn)緊急情況時及時通知預(yù)警，并發(fā)送緊急應(yīng)對指令或指揮疏散撤離指令的礦井安全預(yù)警與救援信息系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是礦井安全預(yù)警與救援信息系統(tǒng)，包括主控制計算機，還包括至少一個無線信息接收機、與所述主控制計算機順次相連的調(diào)制器、至少一個功率放大器、以及與所述功率放大器數(shù)目相同的天線；其中，所述調(diào)制器用于與主控制計算機進行雙向通訊，互傳數(shù)據(jù)，并將主控制計算機傳送過來的數(shù)據(jù)信息進行編碼，調(diào)制為超長波信號后輸出到功率放大器，經(jīng)天線發(fā)射到所述無線信息接收機。
作為本發(fā)明的改進，所述主控制計算機對需要經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制、功率放大器放大，最終經(jīng)天線發(fā)射出去的數(shù)據(jù)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)進行編碼。所述功率放大器為超低頻功率放大器，并采用線性功率放大器。所述天線為環(huán)形天線，設(shè)置在礦井地下坑道中。所述無線信息接收機為防爆接收機，其接收并顯示來自所述天線的信號，并根據(jù)設(shè)置發(fā)出提示信號。還包括天線防雷安全保護裝置，用于保護系統(tǒng)免受閃電和電涌動沖擊。
在具體實施過程中，所述無線信息接收機采用鋰電池供電，所述鋰電池通過膠封處理，固定安裝在接收機殼體內(nèi)。
作為本發(fā)明的改進，所述無線信息接收機被設(shè)置為在接收到緊急信號時發(fā)出報警提示信號。所述主控制計算機直接或通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與礦井下信號采集控制裝置相連。
本發(fā)明作為井下安全預(yù)警、應(yīng)急救援及人員調(diào)度指揮的新型信息通信裝備，具有信息明確、安全及時、使用簡便的突出特點。裝備礦山后，能夠在地面指揮中心與井下礦工之間迅速建立起一種有效的人員調(diào)度與緊急救援通信指揮手段，大力提升煤礦安全預(yù)警能力，促進井下生產(chǎn)效率和安全水平的提高。特別是在礦井發(fā)生危急情況時，通過信息發(fā)送，有效組織作業(yè)人員即時疏散撤離，更好地保護井下廣大作業(yè)礦工的生命安全，最大程度地減少和降低煤礦井下災(zāi)害事故發(fā)生所造成的人員傷亡和損失。

圖1是本發(fā)明一種礦井安全預(yù)警與救援信息系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。下面根據(jù)附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述。
本發(fā)明所述礦井安全預(yù)警與救援信息系統(tǒng)(Mine Emergency System，MES)的設(shè)計機理是將超長波無線通信技術(shù)應(yīng)用在煤礦井下，借助超長波無線信號在井下巷道復(fù)雜環(huán)境下可繞射、穿透煤(巖)層的傳輸特性實現(xiàn)無線信號在井下巷道中的移動傳輸通信。
如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括主控制計算機1、多個無線信息接收機5、與主控制計算機1順次相連的調(diào)制器2、至少一個功率放大器3、至少一個環(huán)形天線4，以及天線防雷安全保護裝置6。
其中，主控制計算機1內(nèi)安裝有本發(fā)明的MES控制軟件。MES控制軟件是一種智能化的、簡便有效的信息生成軟件包。主控制計算機1還直接或通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與礦井下信號采集控制裝置相連。井下信號采集控制裝置實時將各類數(shù)據(jù)(如氧氣、瓦斯、一氧化碳含量、風速、溫度、視頻數(shù)據(jù)、風機開停等)傳送至地面主控制計算機1，操作人員根據(jù)情況利用MES控制軟件編輯信息，如打開風機排氣、要求某人到某一位置、通知何地發(fā)生何故障等，發(fā)送到特定的無線信息接收機5。使用操作上采用基于WINDOWS系統(tǒng)的人性化友好界面設(shè)計，編輯控制信息的方法可以是由計算機鍵盤輸入有關(guān)信息，如被叫人的代碼、地址及有關(guān)信息內(nèi)容，然后由控制軟件對上述信息采用正交頻分復(fù)用技術(shù)(COFDM)進行編碼后輸出到調(diào)制器2，調(diào)制器2將主控制計算機1傳送過來的數(shù)據(jù)信息進行編碼、調(diào)制后輸出到功率放大器3。功率放大器3輸出的超長波信號加載到數(shù)千米長的環(huán)形天線4上，通過天線4向外輻射信號形成以天線4為中心向外均勻輻射的超長波電磁場來覆蓋井下巷道的有效區(qū)域。無線信息接收機5由井下作業(yè)人員(如井下的各級帶班領(lǐng)導(dǎo)、瓦檢員、安監(jiān)員等)隨身攜帶在井下使用。能夠?qū)崿F(xiàn)對井下人員群呼(呼叫井下全體人員)、組呼(呼叫一個生產(chǎn)小組)、個人呼叫(呼叫單獨的個人)以及在危急情況下脫開計算機直接向井下人員直接發(fā)送緊急指令信息。例如上午9點，礦調(diào)度室接到瓦檢員緊急報告，井下某盤區(qū)瓦斯超標需撤離，調(diào)度臺立即向井下西部某的MES接收機發(fā)出四條信息1、緊急提示信息西部某地瓦斯超限；2、發(fā)出撤離信息組織人員快速撤離；3、通知撤離路線走主巷道乘罐出井；4、發(fā)出慰問信息同志們辛苦了。
由于數(shù)據(jù)在移動條件下進行無線傳輸時，特別是在較為惡劣的地理、電磁環(huán)境下進行無線傳輸時，要求通信信道具有較強的抗干擾性和抗衰落、抗多徑的能力。普通的模擬和數(shù)字信道難以滿足上述要求。因此本發(fā)明采用編碼正交頻分復(fù)用技術(shù)(COFDM)對控制信號進行編碼。這種先進的編碼方法具有良好的抗多徑干擾能力，可支持非視距傳輸(NLOS)，可以避免任何形式的錯誤信息被傳輸出去的可能，可以盡可能地確保在單向的信號條件下，無線信息接收機5可以對上述信息進行解碼。同時，本發(fā)明系統(tǒng)使用超低頻的無線信號發(fā)射裝置，使得MES信號能夠在井下巷道通過繞射和穿透煤巖層進行傳播，因此在井下不同地點都可接收信號，從而實現(xiàn)真正意義上的緊急信息無線移動傳輸信息通信。
本發(fā)明采用專門根據(jù)實際情況研制的的調(diào)制器2，用于與主控制計算機1進行雙向通訊，互傳數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的正確性，并將主控制計算機1送過來的數(shù)據(jù)信息進行POCSAG編碼，調(diào)制，然后輸出到超低頻功率放大器3。功率放大器3采用超低頻功率放大器，其主要作用是將弱小的信號放大到一個大的輸出功率，以驅(qū)動信號到環(huán)形天線4。超低頻功率放大器3采用線性功率放大器，保證對需要傳輸?shù)男盘栠M行無失真的放大，以確保持續(xù)工作，并可以保護功率放大器免受短路和過熱的危險。每臺功率放大器3能夠攜帶一套環(huán)形天線4，對于一般礦井而言，使用一臺功率放大器3和一套環(huán)型天線4就可以覆蓋整個礦井并進行工作，大一點的礦井可以采用多套功率放大器3和環(huán)形天線4配合使用。
環(huán)形天線4的布置對整套系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的。天線4的布置將決定信號的傳輸范圍，一般而言，一個布置在礦井核心范圍的環(huán)形天線4就可以相應(yīng)的覆蓋一個一般的礦井。環(huán)形天線越大，信號能夠覆蓋的范圍就越大。為了達到要求的信號傳輸范圍，環(huán)形天線4需要根據(jù)不同礦井的基礎(chǔ)條件和結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。設(shè)計中要充分考慮井下盤區(qū)巷道走向深度、工作面作業(yè)長度、工作區(qū)域的最大范圍等。
天線防雷安全保護裝置6負責保護系統(tǒng)免受閃電和電涌動沖擊，確保系統(tǒng)始終工作于安全監(jiān)控保護狀態(tài)。這個裝置緊挨著環(huán)形天線4，這樣任何對環(huán)形天線4的沖擊都會被天線防雷安全保護裝置6分流和轉(zhuǎn)移，最大限度地減少可能對系統(tǒng)造成的損害。
本發(fā)明所采用的無線信息接收機5是特別為礦工使用而專門設(shè)計的，可根據(jù)礦工使用習慣，用挎在腰間的皮帶隨身攜帶或用背帶背挎在身上使用。其采用鋰電池提供電源。鋰電池通過膠封處理，固定安裝在接收機殼體內(nèi)，但不影響電池的正常充電方式。接收機還采用防爆設(shè)計，如在電路板涂上絕緣漆、全密閉的外殼等，已經(jīng)通過上海采煤機械檢測中心防爆站的嚴格檢測，并已頒發(fā)防爆合格證，獲準下井使用。設(shè)計中充分考慮了井下特殊環(huán)境中的噪音、灰塵、照明度、電源干擾等諸多因素。當收到一條有效信息時，無線信息接收機5的LCD指示燈會發(fā)光，信息在液晶顯示板(LCD)上被顯示，安裝在接收機上的蜂鳴器同時發(fā)出鳴叫(按動按鈕可以終止)，而沒有信息到來的時候，顯示板上將不間斷地顯示時間信息。當收到緊急信息時，接收機發(fā)光閃爍的頻率、蜂鳴器震動的頻率都將比平常的高很多，且報警持續(xù)時間增長，以作為報警提示信號。這樣不論礦工在井下所處位置的光線條件和噪聲程度如何，礦工都能夠得知信息的到來，并迅速作出反應(yīng)。
綜上所述，本發(fā)明所述礦井安全預(yù)警與救援信息系統(tǒng)的特點是日常進行實時調(diào)度井下人員，指揮生產(chǎn)，提高井下的通信能力和工作效率。當井下突發(fā)緊急情況時能夠及時將地面緊急指揮信息及時發(fā)送給攜帶無線信息接收機5的井下人員，指揮井下帶班作業(yè)人員如何面對突發(fā)情況，正確指導(dǎo)作業(yè)人員暫時撤離作業(yè)地點、或進行瓦斯抽放通風、或等待作業(yè)地點恢復(fù)正常后再行生產(chǎn)等。在危急情況下可以直接發(fā)送緊急信息通知作業(yè)人員進行緊急的完全撤離；當井下某個工作面或坑道發(fā)生瓦斯超標，塌方，透水等緊急情況時，地面可根據(jù)情況啟動調(diào)制器上的緊急按扭，發(fā)送緊急信息給井下所有人員，并可根據(jù)情況發(fā)送撤離路線等信息。由于無線信息接收機5由組織作業(yè)的帶班領(lǐng)導(dǎo)、安監(jiān)員、瓦檢員隨身攜帶，無論他們處在井下什么位置，只要處于無線信號覆蓋范圍就可以正常接收信息。這必將在緊急時刻可以實現(xiàn)有序的安全作業(yè)指導(dǎo)，為礦工爭取更多的、非常寶貴的逃生、撤離時間。它的投入使用，將使我國煤礦礦井安全生產(chǎn)管理監(jiān)控及通信調(diào)度指揮能力提高到一個新的高度和水平。
權(quán)利要求
1.礦井安全預(yù)警與救援信息系統(tǒng)，包括主控制計算機，其特征在于還包括至少一個無線信息接收機、與所述主控制計算機順次相連的調(diào)制器、至少一個功率放大器、以及與所述功率放大器數(shù)目相同的天線；其中，所述調(diào)制器用于與主控制計算機進行雙向通訊，互傳數(shù)據(jù)，并將主控制計算機傳送過來的數(shù)據(jù)信息進行編碼，調(diào)制為超長波信號后輸出到功率放大器，經(jīng)天線發(fā)射到所述無線信息接收機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述主控制計算機對需要經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制、功率放大器放大，最終經(jīng)天線發(fā)射出去的數(shù)據(jù)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)進行編碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述功率放大器為超低頻功率放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述功率放大器采用線性功率放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述天線為環(huán)形天線，設(shè)置在礦井地下坑道中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述無線信息接收機為防爆接收機，其接收并顯示來自所述天線的信號，并根據(jù)設(shè)置發(fā)出提示信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括天線防雷安全保護裝置，用于保護系統(tǒng)免受閃電和電涌動沖擊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述無線信息接收機采用鋰電池供電，所述鋰電池通過膠封處理，固定安裝在接收機殼體內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述無線信息接收機被設(shè)置為在接收到緊急信號時發(fā)出報警提示信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述主控制計算機直接或通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與礦井下信號采集控制裝置相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線信息發(fā)送和接收系統(tǒng)，特別涉及用于礦井安全預(yù)警與救援信息的無線發(fā)送和接收系統(tǒng)，包括主控制計算機，還包括至少一個無線信息接收機、與所述主控制計算機順次相連的調(diào)制器、至少一個功率放大器、以及與所述功率放大器數(shù)目相同的天線；其中，所述調(diào)制器用于與主控制計算機進行雙向通訊，互傳數(shù)據(jù)，并將主控制計算機傳送過來的數(shù)據(jù)信息進行編碼，調(diào)制為超長波信號后輸出到功率放大器，經(jīng)天線發(fā)射到所述無線信息接收機。本發(fā)明具有信息明確、安全及時、使用簡便的突出特點。能夠在地面指揮中心與井下礦工之間迅速建立起一種有效的人員調(diào)度與緊急救援通信指揮手段，大力提升煤礦安全預(yù)警能力，促進井下生產(chǎn)效率和安全水平的提高。
文檔編號H04B1/00GK101063410SQ20061006048
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月25日
發(fā)明者劉玉貞, 楊文義 申請人:深圳威迪泰通信技術(shù)有限公司