一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)，包括多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置、布設(shè)在巷道內(nèi)的CAN網(wǎng)絡(luò)、布設(shè)在地面上的數(shù)據(jù)接收模塊和上位機(jī)，多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置分別掛接在CAN網(wǎng)絡(luò)上，CAN網(wǎng)絡(luò)通過(guò)光纜與數(shù)據(jù)接收模塊連接，數(shù)據(jù)接收模塊與上位機(jī)連接。煤礦生產(chǎn)期間，隨著工作面的推進(jìn)，按照一定間隔布置多個(gè)的無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，CAN網(wǎng)絡(luò)布置在工作面兩側(cè)的巷道內(nèi)，多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，分別掛設(shè)在CAN網(wǎng)絡(luò)上，信號(hào)傳輸光纜一直沿著井下巷道鋪設(shè)到地面，并與地面的數(shù)據(jù)接收模塊相連，數(shù)據(jù)接收模塊與監(jiān)控室的上位機(jī)相連。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提高了煤礦采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)精度，解決了煤礦采空區(qū)測(cè)溫響應(yīng)緩慢的問(wèn)題，解決了煤礦采空區(qū)測(cè)溫的用工問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)溫方法及系統(tǒng)，特別是涉及一種能夠多點(diǎn)連續(xù)測(cè)量煤礦井下采空區(qū)惡劣環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)溫度變化的方法，從而達(dá)到探測(cè)采空區(qū)隱蔽火源的目的。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，煤礦采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)的方法主要有紅外遙感成像法、同位素測(cè)氡法、無(wú)線電波法、地質(zhì)雷達(dá)法等，各種方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍。
[0003]采空區(qū)內(nèi)煤體溫度是表征煤體火源點(diǎn)的重要參數(shù)，因此監(jiān)測(cè)采空區(qū)內(nèi)溫度對(duì)于探測(cè)采空區(qū)火源具有重要的意義。我國(guó)煤礦大多采取綜采工藝，全部垮落式管理頂板，采空區(qū)隨采隨冒，被冒落的頂板壓實(shí)，這就造成測(cè)量采空區(qū)溫度的不便。目前采用的監(jiān)測(cè)方法一般是通過(guò)向采空區(qū)內(nèi)鉆孔，然后將測(cè)溫探頭送入鉆孔內(nèi)監(jiān)測(cè)溫度。采用這種方法測(cè)溫不但成本較高，而且需要在生產(chǎn)過(guò)程中向采空區(qū)打鉆，因此影響生產(chǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0004]本發(fā)明利用直接測(cè)溫法探測(cè)煤礦采空區(qū)隱蔽火源，為全面掌握煤礦采空區(qū)溫度分布，目前主要采用熱電信號(hào)的傳感器，包括熱敏電阻傳感器及熱電偶傳感器。它們都是應(yīng)用熱電信號(hào)進(jìn)行處理，因此對(duì)環(huán)境比較敏感，周?chē)h(huán)境的好壞直接影響到系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。同時(shí)，傳感器需要電源供電，傳輸?shù)男盘?hào)是電信號(hào)，抗干擾能力較弱，可靠性較低，又由于采空區(qū)內(nèi)環(huán)境惡劣，故存在許多安全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量煤礦井下采空區(qū)溫度的一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法，該系統(tǒng)基于自組網(wǎng)的無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行測(cè)溫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦采空區(qū)大面積的溫度變化進(jìn)行無(wú)源、實(shí)時(shí)和多點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)。
[0006]采用的技術(shù)方案是:
一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)，包括多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置、采空區(qū)巷道內(nèi)布設(shè)的CAN網(wǎng)絡(luò)、傳輸光纜、設(shè)置在地面的數(shù)據(jù)接收模塊和上位機(jī)。
[0007]無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括傳感模塊、微處理器、電源模塊、通信模塊、球形殼體。電源模塊、傳感模塊、微處理器和通信模塊分別封裝在模塊保護(hù)殼體內(nèi)后裝設(shè)在球形殼體內(nèi)，模塊保護(hù)殼體通過(guò)多個(gè)鋼管或支板與球形殼體內(nèi)壁固定連接。
[0008]電源模塊的電壓輸出端子分別與傳感模塊、微處理器和通訊模塊的電壓輸入接口連接，為傳感模塊、微處理器和通信模塊提供電源。傳感模塊的信號(hào)輸出端與微處理器的對(duì)應(yīng)接口連接，微處理器的信號(hào)輸出端與通信模塊的信號(hào)輸入接口連接。
[0009]多個(gè)無(wú)溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，按設(shè)計(jì)要求布設(shè)在采空區(qū)煤礦工作面綜采支架后方，基于ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)組成CAN網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)光纜與設(shè)置在地面上的數(shù)據(jù)接收模塊和上位機(jī)連接。
[0010]一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)方法，是在煤礦工作面綜采支架后方，預(yù)先埋設(shè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，隨著工作面的推進(jìn)持續(xù)鋪設(shè)節(jié)點(diǎn)裝置，節(jié)點(diǎn)裝置的布置間距和數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整，然后在巷道內(nèi)布置CAN網(wǎng)絡(luò)，最后通過(guò)信號(hào)傳輸光纜與地面的數(shù)據(jù)接收模塊和上位機(jī)相連接，在地面的上位機(jī)上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采空區(qū)溫度，從而達(dá)到探測(cè)采空區(qū)隱蔽火源的目的。
[0011]所述的綜采支架是機(jī)械化工作面的主體設(shè)備，它能可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，保持安全的地下作業(yè)空間，并實(shí)現(xiàn)回采工作面及其相關(guān)設(shè)備的機(jī)械化推移。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
1、提高了煤礦采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)精度。目前廣泛采用的熱敏電阻傳感器及熱電偶傳感器只能測(cè)量采空區(qū)表面浮煤和矸石的溫度，或者利用預(yù)先埋入的方法監(jiān)測(cè)特定位置的溫度，測(cè)溫范圍小，達(dá)不到探測(cè)隱蔽火源的效果。
[0013]2、解決了煤礦采空區(qū)測(cè)溫響應(yīng)緩慢的問(wèn)題。利用基于自組網(wǎng)的無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)測(cè)溫時(shí)，可以快速、實(shí)時(shí)和在線監(jiān)測(cè)采空區(qū)溫度，與便攜式測(cè)溫工具測(cè)溫相比，大大縮短了測(cè)溫周期。
[0014]3、解決了煤礦采空區(qū)測(cè)溫的用工問(wèn)題。采用便攜式測(cè)溫工具測(cè)溫時(shí)需要專(zhuān)人每天去井下測(cè)溫，利用基于自組網(wǎng)的無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)時(shí)，可以解放部分勞動(dòng)力，提高了工作效率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置示意圖。
[0016]圖2是采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)，包括多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置3、布設(shè)在巷道內(nèi)的CAN網(wǎng)絡(luò)6、布設(shè)在地面上的數(shù)據(jù)接收模塊7和上位機(jī)8。多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置3分別掛接在CAN網(wǎng)絡(luò)6上。CAN網(wǎng)絡(luò)6通過(guò)光纜5與數(shù)據(jù)接收模塊7連接，數(shù)據(jù)接收模塊7與上位機(jī)8連接。
[0018]無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置3，包括電源模塊9、傳感模塊10、微處理器11、通信模塊12、球形殼體14。電源模塊9、傳感模塊10、微處理器11和通信模塊12分別封裝在模塊保護(hù)殼體13內(nèi)后裝設(shè)在球形殼體14內(nèi)，模塊保護(hù)殼體13通過(guò)四個(gè)鋼管15與球形殼體14內(nèi)壁連接。
[0019]電源模塊9的電壓輸出端分別與傳感模塊10、微處理器11和通信模塊12的電壓輸入端連接，提供3.58V電源，傳感模塊10的信號(hào)輸出端與微處理器11的對(duì)應(yīng)接口連接，微處理器與通信模塊連接。
[0020]所述模塊保護(hù)殼體13與球形殼體14之間充填有巖棉16。
[0021]所述的信號(hào)傳輸光纜5為4芯礦用加強(qiáng)型鎧裝光纜，光纜外護(hù)套可采用阻燃PVC護(hù)套料，光纜護(hù)套和纜芯間進(jìn)行鋼絲絞合鎧裝以隔離護(hù)套和纜芯，在纜芯外繞包不燃云母帶。
[0022]所述的CAN網(wǎng)絡(luò)是一種多主方式的串行通訊總線，使用P82C250作為CAN收發(fā)器，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接100個(gè)節(jié)點(diǎn)裝置，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)300Kbit/s。
[0023]所述的數(shù)據(jù)接收模塊采用標(biāo)準(zhǔn)434MHz工作頻率，通訊接口為RS232，發(fā)射功率為Idbm?18dbm可調(diào)，電源電壓為10V，傳輸速率為2.4 Kbit/s?256 Kbit/s。
[0024]所述的上位機(jī)由工控機(jī)和顯示器組成，用于完成對(duì)光信號(hào)的運(yùn)算處理，提取外界信息，并以人們熟悉的方式顯示出來(lái)。
[0025]所述的傳感模塊10采用溫度傳感器，用于采集溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)遞交給微處理器11，傳感模塊10采用TMP112AIDRLT溫度傳感器。
[0026]所述的微處理器11用于根據(jù)通信模塊12發(fā)送來(lái)的通訊信號(hào)對(duì)傳感模塊10發(fā)送的溫度信號(hào)進(jìn)行接收、處理和發(fā)送，用于控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)裝置的處理操作、路由協(xié)議、同步定位、功耗管理、任務(wù)管理等，微處理器11的主控芯片采用ATmegal28L微控制器。
[0027]所述的通信模塊12與微處理11器連接，是無(wú)線收發(fā)模塊，負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)裝置進(jìn)行無(wú)線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)，通信模塊12的射頻芯片采用nRF2401收發(fā)芯片。
[0028]所述的模塊保護(hù)殼體是采用鋁合金材料制成的密閉殼體，既可以做為模塊保護(hù)殼又可以作為煤礦井下使用的防爆殼。
[0029]所述的球形殼體采用鐵制品做成，既可以做為傳感探頭感知外界環(huán)境溫度變化，又可以作為天線向外界傳輸信號(hào)。由于其抗壓和抗沖擊強(qiáng)度大，使天線得到了保護(hù)。
[0030]所述的填充體做為隔熱層，隔絕外界的110°C以上的高溫，尤其可以起到對(duì)電源模塊保護(hù)的作用，解決鋰電池高溫易爆炸的難題，可以充填巖棉和空氣等隔熱效果好的材料。
[0031]一種采空區(qū)隱蔽火源的探測(cè)方法是:
煤礦生產(chǎn)期間，隨著工作面4的推進(jìn)在綜采支架2后方的采空區(qū)I內(nèi)，按照一定間隔布置多個(gè)的無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置3，節(jié)點(diǎn)裝置布置間距可根據(jù)采空區(qū)氧化升溫帶的寬度進(jìn)行調(diào)整，CAN網(wǎng)絡(luò)6布置在工作面4兩側(cè)的巷道內(nèi)，多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置3，分別掛設(shè)在CAN網(wǎng)絡(luò)上，信號(hào)傳輸光纜5 —直沿著井下巷道鋪設(shè)到地面，并與地面的數(shù)據(jù)接收模塊7相連，數(shù)據(jù)接收模塊7與監(jiān)控室的上位機(jī)8相連。
[0032]無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置3采集的全部數(shù)據(jù)，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)6和信號(hào)傳輸光纜5傳輸?shù)降孛娴臄?shù)據(jù)接收模塊7，光信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)接收模塊7處理后到達(dá)監(jiān)控室的上位機(jī)8，最終在地面的上位機(jī)上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采空區(qū)溫度，從而達(dá)到探測(cè)采空區(qū)隱蔽火源的目的。
[0033]煤礦巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者工作面距離井上較長(zhǎng)時(shí)，井下信號(hào)傳輸可以通過(guò)光纖交換機(jī)進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，通過(guò)主井口直接把主光纜鋪設(shè)到地面監(jiān)控室，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)組成，減少光信號(hào)損失。
【權(quán)利要求】
1.一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)，其特征是:包括多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置(3)、布設(shè)在巷道內(nèi)的CAN網(wǎng)絡(luò)(6)、布設(shè)在地面上的數(shù)據(jù)接收模塊(7)和上位機(jī)(8)，多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置(3)分別掛接在CAN網(wǎng)絡(luò)(6)上，CAN網(wǎng)絡(luò)(6)通過(guò)光纜(5)與數(shù)據(jù)接收模塊(7)連接，數(shù)據(jù)接收模塊(7)與上位機(jī)(8)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置(3)，包括電源模塊(9)、傳感模塊(10)、微處理器(11)、通信模塊(12)、球形殼體(14)，電源模塊(9)、傳感模塊(10)、微處理器(11)和通信模塊(12)分別封裝在模塊保護(hù)殼體(13)內(nèi)后裝設(shè)在球形殼體(14)內(nèi)，模塊保護(hù)殼體(13)通過(guò)四個(gè)鋼管(15)與球形殼體(14)內(nèi)壁連接；電源模塊(9)的電壓輸出端分別與傳感模塊(10)、微處理器(11)和通信模塊(12)的電壓輸入端連接，提供3.58V電源，傳感模塊(10)的信號(hào)輸出端與微處理器(11)的對(duì)應(yīng)接口連接，微處理器與通信模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采空區(qū)隱蔽火源探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述模塊保護(hù)殼體(13)與球形殼體(14)之間充填有巖棉(16);所述的信號(hào)傳輸光纜(5)為4芯礦用加強(qiáng)型鎧裝光纜，光纜外護(hù)套可采用阻燃PVC護(hù)套料，光纜護(hù)套和纜芯間進(jìn)行鋼絲絞合鎧裝以隔離護(hù)套和纜芯，在纜芯外繞包不燃云母帶；所述的CAN網(wǎng)絡(luò)是一種多主方式的串行通訊總線，使用P82C250作為CAN收發(fā)器，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接100個(gè)節(jié)點(diǎn)裝置，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)300Kbit/s ;所述的數(shù)據(jù)接收模塊采用標(biāo)準(zhǔn)434MHz工作頻率，通訊接口為RS232，發(fā)射功率為ldbm?18dbm可調(diào)，電源電壓為10V，傳輸速率為2.4 Kbit/s?256 Kbit/s ;所述的傳感模塊(10)采用溫度傳感器，傳感模塊(10)采用TMP112AIDRLT溫度傳感器；所述微處理器(11)的主控芯片采用ATmegal28L微控制器；通信模塊(12)的射頻芯片采用nRF2401收發(fā)芯片；所述的模塊保護(hù)殼體是采用鋁合金材料制成的密閉殼體；所述的球形殼體采用鐵制品做成。
4.一種采空區(qū)隱蔽火源的探測(cè)方法，其特征在于:煤礦生產(chǎn)期間，隨著工作面(4)的推進(jìn)在綜采支架(2)后方的采空區(qū)(1)內(nèi)，按照一定間隔布置多個(gè)的無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置(3)，節(jié)點(diǎn)裝置布置間距可根據(jù)采空區(qū)氧化升溫帶的寬度進(jìn)行調(diào)整，CAN網(wǎng)絡(luò)(6)布置在工作面(4)兩側(cè)的巷道內(nèi)，多個(gè)無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置(3)，分別掛設(shè)在CAN網(wǎng)絡(luò)上，信號(hào)傳輸光纜(5) —直沿著井下巷道鋪設(shè)到地面，并與地面的數(shù)據(jù)接收模塊(7)相連，數(shù)據(jù)接收模塊(7 )與監(jiān)控室的上位機(jī)(8 )相連。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK104481515SQ201410701021
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】楊廣文, 段西凱, 姜進(jìn)軍, 梁運(yùn)濤, 賀明新, 王剛 申請(qǐng)人:煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司