本發(fā)明涉及無線監(jiān)測領域，具體涉及煤礦采空區(qū)的無線火災預警系統(tǒng)領域。

背景技術：

隨著我國以綜采放頂煤為主的高產(chǎn)高效工作面的大力發(fā)展，工作面的開采和通風強度增加，使采空區(qū)體積增大、浮煤增多，增加了采空區(qū)浮煤的自燃發(fā)火幾率，而采空區(qū)的火災往往會造成其昂貴的綜采設備燒毀，造成巨大的經(jīng)濟損失。采空區(qū)煤炭自燃是長期危害煤礦安全生產(chǎn)的主要災害之一，而針對該煤礦隱患，對煤礦采空區(qū)空氣、溫度等環(huán)境進行實時監(jiān)測，可提前預報該災害的發(fā)生。

現(xiàn)有采空區(qū)的參數(shù)采樣系統(tǒng)及方法仍存在不足之處，比如現(xiàn)有空氣成分監(jiān)測主要采用束管監(jiān)測系統(tǒng)，而其易出現(xiàn)束管堵塞、漏氣等現(xiàn)象，且由于其氣樣分析時間過長，實時性較差。同時，有線傳輸?shù)姆绞奖容^難適應這種不斷移動和推進的工作環(huán)境，各種因素造成監(jiān)測傳輸線纜損壞和扯斷的情況發(fā)生，施工維護困難等問題。

有鑒于上述現(xiàn)有的采空區(qū)參數(shù)采樣系統(tǒng)及方法存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設計制造多年豐富的實務經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新型采空區(qū)參數(shù)采樣方法，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設計，并經(jīng)反復試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設出確具實用價值的本發(fā)明。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的采空區(qū)參數(shù)采樣系統(tǒng)及方法存在的缺陷，而提供一種實時性好、可靠性好，施工方便的煤礦采空區(qū)火災無線監(jiān)測系統(tǒng)，從而更加適于實用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的：

一種煤礦采空區(qū)的無線火災預警系統(tǒng)，包括信號采集系統(tǒng)、信號分析系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)，其中，

信號采集系統(tǒng)包括礦用分站、無線中繼器、無線一氧化碳傳感器和無線溫度傳感器 ，其中無線中繼器分別與無線一氧化碳傳感器和所述無線溫度傳感器無線連接，所述礦用分站與所述無線中繼器之間電連接，礦用分站采用礦用電源對其供電；

信號分析系統(tǒng)包括地面主機，用于將信號采集系統(tǒng)采集的信號進行轉(zhuǎn)換、分析和存儲；

人機交互系統(tǒng)用于將信號分析系統(tǒng)分析得到的數(shù)據(jù)顯示出來；

信號分析系統(tǒng)分別與信號采集系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)電連接。

信號采集系統(tǒng)至少為兩個，且信號采集系統(tǒng)之間為并聯(lián)連接。

無線溫度傳感器包括第一殼體、第一蓋板、第一主電路板、第一天線、溫度探頭、第一觀察窗和第一電池組件，

第一蓋板與第一殼體固定連接，第一主電路板固定在所述第一殼體內(nèi)部，所述第一天線、所述溫度探頭、所述第一電池組件均與所述第一主電路板電連接，所述溫度探頭設置在所述第一殼體內(nèi)。其中溫度探頭采用熱敏電阻元件，設置在所述第一殼體外部，用于接收待監(jiān)測環(huán)境中的溫度，并且利用電池組件對其供電。

第一殼體為內(nèi)部設置有加強筋的工程塑料殼體。

無線一氧化碳傳感器包括第二殼體、第二蓋板、第二主電路板、第二天線、一氧化碳探頭、第二觀察窗和第二電池組件，第二蓋板與第二殼體固定連接，第二主電路板固定在第二殼體內(nèi)部，第二天線、一氧化碳探頭、第二電池組件均與第二主電路板電連接，一氧化碳探頭設置在殼體內(nèi)。其中一氧化碳探頭采用電化學傳感元件，其設置在所述第二殼體外部，用于接收待監(jiān)測環(huán)境中的一氧化碳含量，并且利用電池組件對其供電。

第二殼體為內(nèi)部設置有加強筋的工程塑料殼體。

無線中繼器包括第三殼體、第三蓋板、第三主電路板、第三天線、航空插頭和第三觀察窗，第三蓋板與第三殼體固定連接，第三主電路板、第三天線、航空插頭均與第三主電路板電連接。

一種煤礦采空區(qū)的無線火災預警方法，包括以下步驟：

S1、采用溫度探頭及一氧化碳探頭分別對待測區(qū)域的溫度及一氧化碳濃度進行采集，并將采集的數(shù)據(jù)形成電信號；

S2、將S1中采集的電信號通過無線連接方式傳輸給無線中繼器，通過所述無線中繼器對采集的所述電信號進行信號處理；

S3、將S2中進行過處理的電信號傳輸給礦用分站進行數(shù)據(jù)處理及存儲；

S4、將S3中礦用分站的數(shù)據(jù)傳輸給地面主機，進行分析及存儲；

S5、將S4分析的數(shù)據(jù)通過顯示屏顯示，并與預設的一氧化碳值與溫度值對比，若超過預設的一氧化碳值與溫度值，則發(fā)出警報，包括警示燈閃爍、發(fā)出警報聲、顯示屏顯示中的一種或任兩者的結(jié)合或三者結(jié)合。

S3中礦用分站至少為兩個，每個礦用分站均無線連接有一組溫度探頭和一氧化碳探頭。

借由上述技術方案，本發(fā)明公開的一種煤礦采空區(qū)火災無線監(jiān)測系統(tǒng)至少具有下列優(yōu)點：

1）、采用無線中繼器對采集的信號進行統(tǒng)計，并將采集到的溫度值和一氧化碳濃度值傳輸?shù)降V用分站，最終傳輸?shù)降孛嬷鳈C，提高采空區(qū)火災情況的預警能力；

2）、無線一氧化碳傳感器、無線溫度傳感器和無線中繼器的殼體均采用拱形工程塑料材料，另加防護加強筋，使得外殼具有更好的抗壓及抗沖擊能力；

3）、無線溫度傳感器中的溫度探頭采用熱敏電阻元件，具有精度高、靈敏度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，傳感元件根據(jù)測量的溫度值的大小輸出相應的電壓信號，線性度好；

4）、無線一氧化碳傳感器采用電化學傳感元件，具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強等優(yōu)點，且傳感元件根據(jù)測量一氧化碳濃度的大小輸出相應的電流信號，線性度好，受溫度和壓力影響小；

5）采用電池組件對無線溫度傳感器和無線一氧化碳傳感器供電，間歇式脈沖供電能夠降低整機功耗，從而延長傳感器使用壽命；

6）、由于設置多個礦用分站，分布設置在煤礦采空區(qū)內(nèi)，且為并聯(lián)連接，互不影響工作，因此減少了由于某一線路發(fā)生故障導致的信號采集不及時的情況的發(fā)生，另外礦用分站具有信息傳輸、存儲功能，不僅可將無線中繼器傳輸?shù)男畔鬏數(shù)降孛嬷鳈C，還可將采集的信息進行存儲，若地面出現(xiàn)線路或者主機等故障，采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)不會由此丟失。

7）、采用無線溫度傳感器和無線一氧化碳傳感器，可在井下直接進行溫度和一氧化碳含量的測定，克服了現(xiàn)有技術中采用束管將采集的空氣樣品傳輸?shù)椒治鱿到y(tǒng)導致的實時性差的問題，可對井下的情況進行實時監(jiān)測，實時性高、可靠性好。

上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例詳細說明如后。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的連接關系圖；

圖2為本發(fā)明的無線溫度傳感器圖；

圖3為本發(fā)明的無線一氧化碳傳感器圖；

圖4為本發(fā)明的無線中繼器圖；

其中，1-1第一殼體；1-2第一蓋板；1-3第一主電路板；1-4第一天線；1-5溫度探頭；1-6第一觀察室；1-7第一電池組件；

2-1第二殼體；2-2第二蓋板；2-3第二主電路板；2-4第二天線；2-5一氧化碳探頭；2-6第二觀察窗；2-7第二電池組件；

3-1第三殼體；3-2第三蓋板；3-3第三主電路板；3-4第三天線；3-5航空插頭；3-6第三觀察窗。

具體實施方式

為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效,對依據(jù)本發(fā)明提出的煤礦采空區(qū)火災無線監(jiān)測系統(tǒng)，其具體實施方式、特征及其功效，詳細說明如后。

如圖1所示，一種煤礦采空區(qū)的無線火災預警系統(tǒng)，包括信號采集系統(tǒng)、信號分析系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)，其中，信號采集系統(tǒng)包括礦用分站、無線中繼器、無線一氧化碳傳感器和無線溫度傳感器 ，其中無線中繼器分別與無線一氧化碳傳感器和所述無線溫度傳感器無線連接，所述礦用分站與所述無線中繼器之間電連接，礦用分站采用礦用電源對其供電；信號分析系統(tǒng)包括地面主機，用于將信號采集系統(tǒng)采集的信號進行轉(zhuǎn)換、分析和存儲；人機交互系統(tǒng)用于將信號分析系統(tǒng)分析得到的數(shù)據(jù)顯示出來；信號分析系統(tǒng)分別與信號采集系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)電連接。

信號采集系統(tǒng)至少為兩個，且信號采集系統(tǒng)之間為并聯(lián)連接。

如圖2所示，無線溫度傳感器由第一殼體1-1、第一蓋板1-2、第一主電路板1-3、第一天線1-4、溫度探頭1-5、第一觀察窗和第一電池組件1-7組成，第一蓋板1-2與第一殼體1-1對接固定在一起，第一主電路板1-3固定在第一殼體1-1內(nèi)，第一天線1-4安裝在第一殼體1-1上，且第一天線1-4通過饋線與第一主電路板1-3連接，溫度探頭1-5安裝在第一殼體1-1外部用于監(jiān)測外部環(huán)境中的溫度，且溫度探頭1-5通過導線與第一主電路板1-3連接，第一觀察窗內(nèi)嵌在第一殼體1-1的正面，第一電池組件1-7安裝在第一殼體1-1內(nèi)部，并通過導線與第一主電路板1-3連接。

如圖3所示，無線一氧化碳傳感器由第二殼體2-1、第二蓋板2-2、第二主電路板2-3、第二天線2-4、一氧化碳探頭2-5、第二觀察窗2-6和第二電池組件2-7組成，第二蓋板2-2與第二殼體2-1對接固定在一起，第二主電路板2-3固定在第二殼體2-1內(nèi)，第二天線2-4安裝在第二殼體2-1上，且第二天線2-4通過饋線與第二主電路板2-3連接，一氧化碳探頭2-5通過導線與第二主電路板2-3連接，其設置在第二殼體外部用于監(jiān)測外部環(huán)境中的一氧化碳含量，第二觀察窗2-6內(nèi)嵌在第二殼體2-1的正面，第二電池組件2-7安裝在第二殼體2-1內(nèi)部，并通過導線與第二主電路板2-3連接。

如圖4所示，無線中繼器由第三殼體3-1、第三蓋板3-2、第三主電路板3-3、第三天線3-4、航空插頭3-5和第三觀察窗3-6組成，第三蓋板3-2與第三殼體3-1對接固定在一起，第三主電路板3-3固定在第三殼體3-1內(nèi)，第三天線3-4安裝在第三殼體3-1上，且第三天線3-4通過饋線與第三主電路板3-3連接，航空插頭3-5安裝在第三殼體3-1內(nèi)，且航空插頭3-5通過導線與第三主電路板3-3連接，第三觀察窗3-6內(nèi)嵌在第三殼體3-1的正面。

第一殼體、第二殼體、第三殼體為內(nèi)部設置有加強筋的工程塑料殼體。

煤礦采空區(qū)的無線火災預警方法，包括以下步驟：

S1、采用溫度探頭及一氧化碳探頭分別對待測區(qū)域的溫度及一氧化碳濃度進行采集，并將采集的數(shù)據(jù)形成電信號；

S2、將S1中采集的電信號通過無線連接方式傳輸給無線中繼器，通過所述無線中繼器對采集的所述電信號進行信號處理；

S3、將S2中進行過處理的電信號傳輸給礦用分站進行數(shù)據(jù)處理及存儲；

S4、將S3中礦用分站的數(shù)據(jù)傳輸給地面主機，進行分析及存儲；

S5、將S4分析的數(shù)據(jù)通過顯示屏顯示，并與預設的一氧化碳值與溫度值對比，若超過預設的一氧化碳值與溫度值，則發(fā)出警報，包括警示燈閃爍、發(fā)出警報聲、顯示屏顯示中的一種或任兩者的結(jié)合或三者結(jié)合。

本發(fā)明的工作原理如下：

如圖1-4所示，在需要進行火災預警的煤礦采空區(qū)設置信號采集裝置，包括設置多個礦用分站及與其連接的無線中繼器，對應于每個無線中繼器都設置有無線一氧化碳傳感器和無線溫度傳感器，用于采集該區(qū)域內(nèi)的溫度及一氧化碳信息，由于無線溫度傳感器中的溫度探頭1-5采用精密熱敏電阻作為傳感元件，通過精密運算放大器把電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號并放大，單片機對信號進行采集處理、分析和補償，同時通過433M無線通訊組網(wǎng)技術把測量的溫度值發(fā)送給中繼器。433M無線通訊增加PA，在掩埋的情況下，傳感器也通過最近的傳感器把有效信息傳送出去。溫度傳感器采用第一電池組件1-7供電，間歇式脈沖供電降低整機功耗，延長傳感器使用壽命。

無線一氧化碳傳感器輸出nA級的微電流信號，通過精密運算放大器把電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號并放大，單片機對信號進行采集處理、分析和補償，同時通過433M無線通訊組網(wǎng)技術把測量的一氧化碳濃度值發(fā)送給中繼器。433M無線通訊增加PA，在掩埋的情況下，傳感器也通過最近的傳感器把有效信息傳送出去。一氧化碳傳感器采用第二電池組件2-7供電，間歇式脈沖供電降低整機功耗，延長傳感器使用壽命。

無線中繼器采用433M+PA放大的方式接收和發(fā)送無線一氧化碳傳感器和無線溫度傳感器采集的信號，對障礙物有較好的穿透力，通過無線組網(wǎng)技術接收到信號后，經(jīng)過處理和篩選，把有效信號通過RS485有線傳輸?shù)姆绞絺鬏斀o礦用分站，然后礦用分站通過電纜將數(shù)據(jù)傳輸給接線盒，接線盒通過電纜將信號傳輸給信號分析系統(tǒng)，即傳輸?shù)降孛嬷鳈C上，地面主機對采集的溫度及一氧化碳信息進行轉(zhuǎn)換、分析及存儲，若所采集的信號顯示達到預設的自燃條件下的溫度及一氧化碳值，會通過人機交互系統(tǒng)發(fā)出警報，包括發(fā)出警報聲或在顯示屏上顯示或閃爍燈，使工作人員能夠及時采取措施，阻止火災的發(fā)生。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。