一种煤矿安全监测系统的制作方法

本发明涉及煤矿安全生产，尤其涉及一种煤矿安全监测系统。

背景技术：

煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层远离地表时，一般选择向下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿。当煤层距地表的距离较近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，此为露天煤矿。我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。煤矿范围包括地上地下以及相关设施的很大区域。煤矿是人类在开掘富含煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，通常包括巷道、井硐和挖掘面等。煤是最主要的固体燃料，是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没在水底或泥沙中，经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。在世界上各地址时期中，以石炭纪、二叠纪、侏罗纪和第三纪的地层中产煤最多，是重要的成煤时代。煤的含碳量一般为46～97％，呈褐色至黑色，具有暗淡至金属光泽。根据煤化程度的不同，煤可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四类。

大部分煤层均远离地表，因此无法使用露天开采的方式。地下开采占世界煤矿生产的60％。在矿坑，通常使用房柱法在煤层中推进，梁柱用来支持矿坑。共有四种主要的地下开采法：长壁开采–长约300米以上的采掘面。一台精密的采煤机在煤层巷道中左右移动。松动的煤炭掉入刮板输送机中，并移出工作面。连续开采–利用一台有碳化钨钻头的机器从煤层中刮下煤炭。在“房柱法”系统中操作–在一系列约10米的房间区域中工作。爆破开采–传统的开采方式。使用炸药打碎煤层，将煤块收集放在矿车或运输带中。短壁开采–使用连续开采的机器。类似长壁开采有着可移动的坑顶支撑。

我国目前煤矿较多，安全问题比较突出，所以建立全方位全天候监控系统尤为重要，国务院颁布的《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》(国发[2010]23号)和国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局颁布的《关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》要求全国煤矿安装监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统等技术装备。其中要求建设完善矿井监测监控系统，充分发挥其安全避险的预警作用。

技术实现要素：

为了解决目前各类监控系统功能单一，不能满足现有煤矿安全监控要求的技术问题，本发明提出一种煤矿安全监测系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种煤矿安全监测系统，包括设置在煤矿中各个定点位置的并联式定点基站，所述并联式定点基站连接声光报警器和/或监控摄像头和/或定点监测传感器模块和/或便携式移动模块和/或广播模块，所述并联式定点基站连接百兆工业以太网，所述百兆工业以太网通过环网交换机连接千兆工业以太网，所述千兆工业以太网连接终端模块，所述终端模块为整个监测系统的控制中心；

所述定点监测传感器模块包括温度传感器和/或甲烷浓度传感器和/或一氧化碳浓度传感器和/或二氧化碳浓度传感器和/或氧气浓度传感器和/或硫化氢浓度传感器和/或矿尘浓度传感器和/或风速传感器和/或风压传感器和/或湿度传感器，各个传感器检测的环境信息反馈至所述并联式定点基站；

所述便携式移动模块包括甲烷浓度传感器和/或一氧化碳浓度传感器和/或温度传感器和/或粉尘浓度传感器、信号调理电路、单片机、状态指示灯和无线通信模块，各个传感器检测的模电信号通过所述信号调理电路调理后输送给所述单片机，所述单片机对接收的模电信号进行转换和分析处理，进而控制所述无线通信模块向所述并联式定点基站无线发送相关的监测信息以及控制所述状态指示灯显示当前所述单片机的工作状态。

作为本发明的一种煤矿安全监测系统的改进，所述监控摄像头设置在调控转台架上，所述调控转台架用以多角度旋转。

作为本发明的一种煤矿安全监测系统的改进，所述监控摄像头设置在保护罩内，所述保护罩用以隔离因发生电路故障而产生的电火花。

作为本发明的一种煤矿安全监测系统的改进，所述便携式移动模块包括定位装置，所述定位装置用以对煤矿工作人员进行定位。

作为本发明的一种煤矿安全监测系统的改进，所述终端模块设置在煤矿外，且与互联网连接。

作为本发明的一种煤矿安全监测系统的改进，所述无线通信模块采用nrf401芯片，所述nrf401芯片采用间歇式供电方式工作。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

本发明通过定点监测传感器模块的各个传感器实现监控煤矿中各个环境指标，保证工人和煤矿安全，再通过便携式移动模块，由每个进矿人员佩戴一个，实现实时监控周围环境指标以及定位，确保煤矿工作人员的安全，再通过并联式定点基站，保证及时快速高效的收集各类信息和控制各类装置，本系统集成化程度较高，综合性能好，运行稳定，功能多样，满足现在煤矿安全监测的要求。

附图说明

图1为本发明的一种煤矿安全监测系统的原理框图；

图2为本发明的便携式移动模块的电路结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。

如图1所示，一种煤矿安全监测系统，包括设置在煤矿中各个定点位置的并联式定点基站，并联式定点基站连接声光报警器和/或监控摄像头和/或定点监测传感器模块和/或便携式移动模块和/或广播模块，并联式定点基站连接百兆工业以太网，百兆工业以太网通过环网交换机连接千兆工业以太网，千兆工业以太网连接终端模块，终端模块为整个监测系统的控制中心。当监测环境出现异常时，声光报警器进行报警；监控摄像头用来实时监测周围环境的工况信息；在煤矿外的终端模块可以通过广播模块在煤矿内进行广播，告知煤矿工作人员注意事项或工作任务等。

定点监测传感器模块包括温度传感器和/或甲烷浓度传感器和/或一氧化碳浓度传感器和/或二氧化碳浓度传感器和/或氧气浓度传感器和/或硫化氢浓度传感器和/或矿尘浓度传感器和/或风速传感器和/或风压传感器和/或湿度传感器，各个传感器为可拆卸式安装，并由并联式定点基站控制工作，不需要的传感器则进入休眠模式，以降低系统的功耗和节能。

在本发明的一个实施例中，监控摄像头设置在调控转台架上。监控摄像头设置在调控转台架上的作用有两个：第一，固定摄像头；第二，调控转台可以多角度旋转，以便实施全方位监控。

在本发明的一个实施例中，监控摄像头设置在保护罩内。保护罩具有防爆效果，当监控摄像头发生短路等故障时，有可能产生“电火花”，保护罩能有效地将“电火花”隔离在保护罩内，避免火花外漏引起粉尘爆炸。

在本发明的一个实施例中，终端模块设置在煤矿外，且与互联网连接。

如图2所示，便携式移动模块包括甲烷浓度传感器和/或一氧化碳浓度传感器和/或温度传感器和/或粉尘浓度传感器、信号调理电路、单片机、电池及电源管理电路、状态指示灯和无线通信模块，电池及电源管理电路为单片机提供工作电源，各个传感器检测的模电信号通过信号调理电路调理后输送给单片机，单片机对接收的模电信号进行转换和分析处理，进而控制无线通信模块向并联式定点基站无线发送相关的环境信息以及控制状态指示灯显示当前单片机的工作状态。

在本发明的一个实施例中，温度传感器采用sht11温湿度传感器，该型号温湿度传感器支持低功耗模式，采集完数据后自动转入休眠模式，此时电流小于1ua。

在本发明的一个实施例中，所述甲烷浓度传感器采用ksg-20低功耗甲烷浓度传感器，该传感器有极高灵敏度和极快的响应速度，且功耗低。

在本发明的一个实施例中，便携式移动模块包括定位装置，定位装置用以对煤矿工作人员进行定位。

在本发明的一个实施例中，当电池及电源管理电路开启供电后，甲烷浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、温度传感器和粉尘浓度传感器分别从井下周围环境采集瓦斯浓度、co浓度、粉尘浓度和温度，经信号调理电路处理后送入单片机，由单片机对数据作a/d转换、打包等进一步处理后，将数据输入无线通信模块，无线通信模块将数据发送出去，同时单片机控制状态指示灯闪烁一次。无线通信模块采用nrf401芯片，这是一款真正的单片uhf(ultrahighfrequency，特高频)无线收发芯片，采用蓝牙技术设计。nrf401芯片采用间歇式供电方式，能够有效地降低功耗。单片机采用msp430系列单片机，msp430系列是为了低功耗应用开发的，主要节能方法是采取多种工作模式，避免空闲模块浪费能量，使系统仅在需要时才处于工作状态。现提供msp430系列单片机的两种功耗运行模式，说明如下：

msp430系列单片机，cpu内的状态寄存器sr中的scg1、scg2、oscoff和cpuoff位是重要的低功耗控制位。只要任意中断被响应，上述控制位就被压入堆栈保存，中断处理之后，又可以恢复先前的工作方式。在中断处理子程序执行期间，通过间接访问堆栈数据，可以操作这些位；这样允许程序在中断返回(reti)后，以另一种功耗方式继续运行。

表1msp430系列单片机的两种工作模式

表中，scg1为系统时钟生成器1。当置位时，关闭smclk。

scg0为系统时钟生成器0。当置位时，如果dcoclk未用于mclk或smclk，关闭dcodc生成器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。