一種采空區(qū)煤層防自燃預警保護裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，包括信號采集模塊和與信號采集模塊無線連接的信號處理模塊，信號采集模塊包括第一微控制器、與第一微控制器輸出端相接的無線發(fā)射模塊和傳感器組，信號處理模塊包括第二微控制器、與第二微控制器輸入端相接的無線接收模塊和與第二微控制器輸出端相接的執(zhí)行機構，無線發(fā)射模塊的輸出端與無線接收模塊的輸入端相接，傳感器組包括溫度傳感器、煙霧傳感器、瓦斯氣體傳感器和粉塵傳感器，所述執(zhí)行機構包括除煙模塊、滅火模塊、報警電路、顯示電路和上位機。本實用新型可有效提高對采空區(qū)煤層自燃預警的可靠性和準確性，實現針對煤層自燃的實時無線監(jiān)測，使用效果好，便于推廣使用。
【專利說明】
一種采空區(qū)煤層防自燃預警保護裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于礦用安全設備技術領域，具體涉及一種采空區(qū)煤層防自燃預警保護裝置。
【背景技術】
[0002]我國既是世界上煤炭產量最大的國家，也是世界上少數幾個以煤炭為主要能源的國家之一，同時還是煤層自燃發(fā)火最為嚴重的國家之一。我國國有重點煤礦中存在自然發(fā)火危險的礦井約占51.3%，由于自燃引起的火災占總火災數的90%以上。防滅火工作的治理重點是煤層自燃發(fā)火，而絕大部分自燃發(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。近年來綜采放頂煤技術的推廣應用，對實現高產高效開采起到了重大作用，帶來了較大的經濟效益。但綜放工作面浮煤厚度大，而且采空區(qū)遺煤厚度大，導致煤自燃危險性增大。因此，防治采空區(qū)煤炭自燃是保證我國煤礦安全生產工作的重點。相關領域的研究人員一直致力于對采空區(qū)內隱蔽自燃火源位置、規(guī)模和發(fā)展趨勢的有效探測的研究，但由于井下環(huán)境和影響因素的復雜性，以及受各種探測技術手段和途經本身的限制，對煤自燃探測的研究還不夠深入。
[0003]當采空區(qū)煤炭發(fā)生自燃時，由于煤礦粉塵以及瓦斯氣體的存在，容易發(fā)生煤礦爆炸事件，危及工作面的正?；夭桑踔翢龘p設備、凍結大量的煤、導致井下火災和瓦斯爆炸以及危害從業(yè)人員的健康等危害?；谝陨弦蛩?，加強對采空區(qū)煤層的預警保護裝置的研究是必要的，因此需要一種采空區(qū)煤層防自燃預警保護裝置，提高對煤礦采空區(qū)煤層自燃預警的可靠性和準確性，實現了針對煤層自燃的實時無線監(jiān)測，降低工作過程中對工作人員的傷害，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種采空區(qū)煤層防自燃預警保護裝置。該裝置可有效提高對煤礦采空區(qū)煤層自燃預警的可靠性和準確性，實現煤層自燃的實時無線監(jiān)測，降低工作過程中對工作人員的傷害，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:包括信號采集模塊和與信號采集模塊無線連接的信號處理模塊，所述信號采集模塊包括第一微控制器、與第一微控制器輸出端相接的無線發(fā)射模塊和傳感器組，所述信號處理模塊包括第二微控制器、與第二微控制器輸入端相接的無線接收模塊和與第二微控制器輸出端相接的執(zhí)行機構，所述無線發(fā)射模塊的輸出端與無線接收模塊的輸入端相接，所述傳感器組包括煙霧傳感器、瓦斯氣體傳感器、與第一微控制器輸入端相接的溫度傳感器和與第一微控制器輸入端相接的粉塵傳感器，所述煙霧傳感器與第一微控制器之間接有第一信號調理電路，所述瓦斯氣體傳感器與第一微控制器之間接有第二信號調理電路，所述第一微控制器的輸入端接有第一電源模塊，所述第一電源模塊與無線發(fā)射模塊之間接有第一降壓模塊，所述第二微控制器的輸入端接有鍵盤電路和第二電源模塊，所述第二電源模塊與無線接收模塊之間接有第二降壓模塊，所述執(zhí)行機構包括除煙模塊、滅火模塊、報警電路、顯示電路和上位機，所述除煙模塊的輸入端接有第一手動開關，所述滅火模塊的輸入端接有第二手動開關；
[0006]所述無線發(fā)射模塊包括型號為nRF905的芯片Ul，芯片Ul的TRX-CE引腳、PWR-UP引腳、uPCLK引腳、CD引腳、AM引腳、DR引腳、MISO引腳、M0S I引腳、SCK引腳、CSN弓丨腳和TXEN弓I腳均與第一微控制器相接，所述無線接收模塊包括型號為nRF905的芯片U2，芯片U2的TRX-CE引腳、PWR-UP引腳、uPCLK引腳、CD引腳、AM引腳、DR引腳、MISO引腳、MOSI引腳、SCK引腳、CSN引腳和TXEN引腳均與第二微控制器相接。
[0007]上述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述溫度傳感器包括芯片DS18B20，所述芯片DS18B20的DQ引腳與第一微控制器相接，芯片DS18B20的VCC引腳與5V電源端相接。
[0008]上述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述煙霧傳感器包括芯片MQ-2，所述第一信號調理電路包括型號為ADC0832的芯片U3，所述芯片MQ-2的第6弓I腳分三路，一路與芯片MQ-2的第4引腳相接，另一路經電阻R3接地，第三路與芯片U3的CHO弓丨腳相接，芯片U3的CS引腳、CLK引腳、DO引腳和DI引腳均與第一微控制器相接。
[0009]上述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述瓦斯氣體傳感器包括芯片MJC4/2.5J，所述第二信號調理電路包括型號為ADC0832的芯片U4，所述芯片MJC4/2.5J的A引腳與2.5V電源端相接，芯片MJC4/2.5J的C引腳分兩路，一路經電阻R4接地，另一路與芯片U4的CHO引腳相接，芯片U4的CS引腳、CLK引腳、DO引腳和DI引腳均與第一微控制器相接。
[0010]上述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:第一降壓模塊包括型號為LM337的芯片U5，所述芯片U5的VO引腳與芯片Ul的VDD引腳相接，第二降壓模塊包括型號為LM337的芯片U6，所述芯片U6的VO引腳與芯片U2的VDD引腳相接。
[0011]上述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述顯示電路包括芯片LCD1602和排阻RPl。
[0012]上述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述報警電路包括蜂鳴器LS2320與發(fā)光二極管D1，所述蜂鳴器LS2320的一端與三極管Ql的集電極相接，三極管Ql的基極經電阻R2與第二微控制器相接，蜂鳴器LS2320的另一端與發(fā)光二極管Dl的陽極相接，發(fā)光二極管Dl的陰極接地。
[0013]上述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述第一微控制器包括型號為AT89C52的單片機U7，第二微控制器包括型號為AT89C52的單片機U8。
[0014]上述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述溫度傳感器的數量為多個。
[0015]本實用新型與現有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0016]1、本實用新型的結構簡單，設計合理，實現及使用操作方便。
[0017]2、本實用新型采用傳感器組對煤礦采空區(qū)的自燃情況進行監(jiān)測，有效提高了對煤礦采空區(qū)煤層自燃預警的可靠性和準確性，具有重要的實際意義。
[0018]3、本實用新型增加除煙模塊和滅火模塊，及時針對煤礦采空區(qū)的自燃監(jiān)測情況做出保護措施，降低了開采過程和撤離過程中工作人員的傷害。
[0019]4、本實用新型采用射頻收發(fā)芯片進行數據的無線傳輸，省去了煤礦井下電纜的布設，增加了在煤礦現場不同位置布設傳感器組的可能，實用性強，使用效果好。
[0020]綜上所述，本實用新型有效提高了對煤礦采空區(qū)煤層自燃預警的可靠性和準確性，實現了針對煤層自燃的實時無線監(jiān)測，降低了工作過程中對工作人員的傷害，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0021]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的電路原理框圖。
[0023]圖2為本實用新型第一微控制器與溫度傳感器的電路連接關系示意圖。
[0024]圖3為本實用新型煙霧傳感器與第一信號調理電路的電路連接關系示意圖。
[0025]圖4為本實用新型瓦斯氣體傳感器與第二信號調理電路的電路連接關系示意圖。
[0026]圖5為本實用新型第二微控制器與報警電路的電路連接關系示意圖。
[0027]圖6為本實用新型無線發(fā)射模塊的電路原理圖。
[0028]圖7為本實用新型無線接收模塊的電路原理圖。
[0029]圖8為本實用新型第一降壓模塊的電路原理圖。
[0030]圖9為本實用新型第二降壓模塊的電路原理圖。
[0031]附圖標記說明:
[0032]I 一溫度傳感器；2—煙霧傳感器；
[0033]3—瓦斯氣體傳感器；4 一粉塵傳感器；
[0034]5 一第一微控制器； 6—第一信號調理電路；
[0035]7—第二信號調理電路；8—第一電源模塊；
[0036]9一第一降壓模塊； 10—無線發(fā)射模塊； 11一無線接收模塊；
[0037]12—第二降壓模塊； 13—第二電源模塊；14 一鍵盤電路；
[0038]15—第二微控制器； 16—除煙模塊；17—滅火模塊；
[0039]18—報警電路；19 一顯示電路；20—上位機；
[0040]21 一第一手動開關； 22 一第二手動開關。
【具體實施方式】
[0041]如圖1所示，本實用新型包括信號采集模塊和與信號采集模塊無線連接的信號處理模塊，所述信號采集模塊包括第一微控制器5、與第一微控制器5輸出端相接的無線發(fā)射模塊10和傳感器組，所述信號處理模塊包括第二微控制器15、與第二微控制器15輸入端相接的無線接收模塊11和與第二微控制器15輸出端相接的執(zhí)行機構，所述無線發(fā)射模塊10的輸出端與無線接收模塊11的輸入端相接，所述傳感器組包括煙霧傳感器2、瓦斯氣體傳感器
3、與第一微控制器5輸入端相接的溫度傳感器I和與第一微控制器5輸入端相接的粉塵傳感器4，所述煙霧傳感器2與第一微控制器5之間接有第一信號調理電路6，所述瓦斯氣體傳感器3與第一微控制器5之間接有第二信號調理電路7，所述第一微控制器5的輸入端接有第一電源模塊8，所述第一電源模塊8與無線發(fā)射模塊10之間接有第一降壓模塊9，所述第二微控制器15的輸入端接有鍵盤電路14和第二電源模塊13，所述第二電源模塊13與無線接收模塊11之間接有第二降壓模塊12，所述執(zhí)行機構包括除煙模塊16、滅火模塊17、報警電路18、顯示電路19和上位機20，所述除煙模塊16的輸入端接有第一手動開關21，所述滅火模塊17的輸入端接有第二手動開關22;
[0042]如圖2和圖5所示，本實施例中，所述第一微控制器6包括型號為AT89C52的單片機U7，第二微控制器10包括型號為AT89C52的單片機U8。
[0043]如圖6和圖7所示，所述無線發(fā)射模塊10包括型號為nRF905的芯片Ul，芯片Ul的TRX-CE引腳、PWR-UP引腳、uPCLK引腳、CD引腳、AM引腳、DR引腳、MISO引腳、MOSI引腳、SCK引腳、CSN引腳和TXEN引腳分別與單片機U7的P0.7引腳、P0.4引腳、P0.6引腳、P0.3引腳、P2.0引腳、P0.2引腳、P2.2引腳、P0.1引腳、P2.4引腳、P0.0引腳和P0.5引腳相接，所述無線接收模塊11包括型號為nRF905的芯片U2，芯片U2的TRX-CE引腳、PWR-UP引腳、uPCLK引腳、CD弓I腳、AM引腳、DR引腳、MISO引腳、MOSI引腳、SCK引腳、CSN引腳和TXEN引腳分別與單片機U8的P0.7引腳、P0.4引腳、P0.6引腳、P0.3引腳、P2.0引腳、P0.2引腳、P2.2引腳、P0.1引腳、P2.4引腳、P0.0引腳和P0.5引腳相接。
[0044]如圖2所示，本實施例中，所述溫度傳感器I包括芯片DS18B20，所述芯片DS18B20的DQ引腳與單片機U7的P3.7引腳相接，芯片DS18B20的VCC引腳與5V電源端相接。
[0045]如圖3所示，本實施例中，所述煙霧傳感器2包括芯片MQ-2，所述第一信號調理電路6包括型號為ADC0832的芯片U3，所述芯片MQ-2的第6引腳分三路，一路與芯片MQ-2的第4弓I腳相接，另一路經電阻R3接地，第三路與芯片U3的CHO引腳相接，芯片U3的CS引腳和CLK引腳分別與單片機U7的Pl.2引腳和Pl.0引腳相接，芯片U3的DO引腳分兩路，一路與芯片U3的DI引腳相接，另一路與單片機U7的Pl.1引腳相接。
[0046]如圖4所示，本實施例中，所述瓦斯氣體傳感器3包括芯片MJC4/2.5J，所述第二信號調理電路7包括型號為ADC0832的芯片U4，所述芯片MJC4/2.5J的A引腳與2.5V電源端相接，芯片MJC4/2.5J的C引腳分兩路，一路經電阻R4接地，另一路與芯片U4的CHO引腳相接，芯片U4的CS引腳和CLK引腳分別與單片機U7的Pl.7引腳和Pl.5引腳相接，芯片U4的DO引腳分兩路，一路與芯片U4的DI引腳相接，另一路與單片機U7的Pl.6引腳相接。
[0047]如圖8和圖9所示，本實施例中，第一降壓模塊9包括型號為LM337的芯片U5，所述芯片U5的VO引腳與芯片Ul的VDD引腳相接，第二降壓模塊12包括型號為LM337的芯片U6，所述芯片U6的VO引腳與芯片U2的VDD引腳相接。
[0048]本實施例中，所述顯示電路19包括芯片IXD1602和排阻RPl。
[0049]如圖5所示，本實施例中，所述報警電路18包括蜂鳴器LS2320與發(fā)光二極管Dl，所述蜂鳴器LS2320的一端與三極管Ql的集電極相接，三極管Ql的基極經電阻R2與單片機U8的P3.4引腳相接，蜂鳴器LS2320的另一端與發(fā)光二極管Dl的陽極相接，發(fā)光二極管Dl的陰極接地。
[0050]如圖1所示，本實施例中，所述溫度傳感器I的數量為多個。
[0051]具體實施時，溫度傳感器I的數量均多個，多個溫度傳感器I布設在煤礦采空區(qū)煤層不同位置，由溫度傳感器1、煙霧傳感器2、瓦斯氣體傳感器3和粉塵傳感器4采集煤礦采空區(qū)煤層的溫度、煙霧濃度、瓦斯氣體濃度和粉塵濃度，并將數據信號送給單片機U7，數據信號通過無線發(fā)射模塊10以無線傳送的方式傳送給無線接收模塊11，單片機U8通過無線接收模塊11接收到數據信號，提取出煤礦采空區(qū)煤層的溫度、煙霧濃度、瓦斯氣體濃度和粉塵濃度數據信號，將數據信號顯示在顯示電路19以及上位機20上，并將數據信號與通過鍵盤電路設定的報警閾值進行比較，當數據信號超過報警閾值時，單片機U8發(fā)出控制信號，除煙模塊16啟動風扇，滅火模塊17啟動水栗，報警電路18啟動聲音報警和燈光報警，當煙霧濃度、溫度和瓦斯氣體濃度均低于報警閾值時，除煙模塊16自動停止，當溫度和粉塵濃度均低于報警閾值時，滅火模塊17自動停止。除煙模塊16上設置有第一手動開關21，滅火模塊17上設置有第二手動開關22，避免火災發(fā)生時除煙模塊16和滅火模塊17無法自動開啟時煤層自燃造成的嚴重后果。
[0052]以上所述，僅是本實用新型的實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:包括信號采集模塊和與信號采集模塊無線連接的信號處理模塊，所述信號采集模塊包括第一微控制器(5)、與第一微控制器(5)輸出端相接的無線發(fā)射模塊(10)和傳感器組，所述信號處理模塊包括第二微控制器(15)、與第二微控制器(15)輸入端相接的無線接收模塊(11)和與第二微控制器(15)輸出端相接的執(zhí)行機構，所述無線發(fā)射模塊(10)的輸出端與無線接收模塊(11)的輸入端相接，所述傳感器組包括煙霧傳感器(2)、瓦斯氣體傳感器(3)、與第一微控制器(5)輸入端相接的溫度傳感器(I)和與第一微控制器(5)輸入端相接的粉塵傳感器(4)，所述煙霧傳感器(2)與第一微控制器(5)之間接有第一信號調理電路(6)，所述瓦斯氣體傳感器(3)與第一微控制器(5)之間接有第二信號調理電路(7)，所述第一微控制器(5)的輸入端接有第一電源模塊(8)，所述第一電源模塊(8)與無線發(fā)射模塊(10)之間接有第一降壓模塊(9)，所述第二微控制器(15)的輸入端接有鍵盤電路(14)和第二電源模塊(13)，所述第二電源模塊(I3)與無線接收模塊(11)之間接有第二降壓模塊(12)，所述執(zhí)行機構包括除煙模塊(16)、滅火模塊(17)、報警電路(18)、顯示電路(19)和上位機(20)，所述除煙模塊(16)的輸入端接有第一手動開關(21)，所述滅火模塊(17)的輸入端接有第二手動開關(22); 所述無線發(fā)射模塊(10)包括型號為nRF905的芯片Ul，芯片Ul的TRX-CE引腳、PWR-UP弓I腳、uPCLK引腳、CD引腳、AM引腳、DR引腳、MISO引腳、M0S I引腳、SCK引腳、CSN弓丨腳和TXEN弓I腳均與第一微控制器(5)相接，所述無線接收模塊(11)包括型號為nRF905的芯片U2，芯片U2的TRX-CE引腳、PWR-UP引腳、uPCLK引腳、CD引腳、AM引腳、DR引腳、MISO引腳、MOSI引腳、SCK引腳、CSN引腳和TXEN引腳均與第二微控制器(10)相接。2.按照權利要求1所述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述溫度傳感器(I)包括芯片DS18B20，所述芯片DS18B20的DQ引腳與第一微控制器(5)相接，芯片DS18B20的VCC引腳與5V電源端相接。3.按照權利要求1所述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述煙霧傳感器(2)包括芯片MQ-2，所述第一信號調理電路(6)包括型號為ADC0832的芯片U3，所述芯片MQ-2的第6引腳分三路，一路與芯片MQ-2的第4引腳相接，另一路經電阻Rl接地，第三路與芯片U3的CHO引腳相接，芯片U3的CS引腳、CLK引腳、DO引腳和DI引腳均與第一微控制器(5)相接。4.按照權利要求1所述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述瓦斯氣體傳感器(3)包括芯片MJC4/2.5J，所述第二信號調理電路(7)包括型號為ADC0832的芯片U4，所述芯片MJC4/2.5 J的A引腳與2.5V電源端相接，芯片MJC4/2.5 J的C引腳分兩路，一路經電阻R2接地，另一路與芯片U4的CHO引腳相接，芯片U4的CS引腳、CLK引腳、DO引腳和DI引腳均與第一微控制器(5)相接。5.按照權利要求1所述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:第一降壓模塊(9)包括型號為LM337的芯片U5，所述芯片U5的VO引腳與芯片Ul的VDD引腳相接，第二降壓模塊(12)包括型號為LM337的芯片U6，所述芯片U6的VO引腳與芯片U2的VDD引腳相接。6.按照權利要求1所述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述顯示電路(19)包括芯片IXD1602和用于調節(jié)顯示器亮度的排阻RPl。7.按照權利要求1所述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述報警電路(18)包括蜂鳴器LS2320與發(fā)光二極管D1，所述蜂鳴器LS2320的一端與三極管Ql的集電極相接，三極管Ql的基極經電阻R2與第二微控制器(10)相接，蜂鳴器LS2320的另一端與發(fā)光二極管Dl的陽極相接，發(fā)光二極管Dl的陰極接地。8.按照權利要求1所述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述第一微控制器(6)包括型號為AT89C52的單片機U7，第二微控制器(10)包括型號為AT89C52的單片機U8。9.按照權利要求1所述的一種采空區(qū)煤層防自燃無線預警保護裝置，其特征在于:所述溫度傳感器(I)的數量為多個。
【文檔編號】E21F17/18GK205422828SQ201620238885
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】馬憲民, 孫森, 楊潔, 張興, 劉宇欣, 范文玲, 何凱
【申請人】西安科技大學