专利名称：一种煤矿安全监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿安全生产领域，特别涉及一种煤矿安全监控系统。
背景技术：
随着煤矿开采逐步向深层、高强度、大规模方向发展，井下作业环境越来越复杂。随着国家对煤矿安全的治理，煤矿安全有着大幅度的提高，但煤矿井下各种各样的灾害、事故依然存在，形势还很严峻。因此，需要加大矿山安全监察和救护装备技术的开发。从重、特大事故的类别看，瓦斯事故是影响煤矿安全的主要事故。因此，需要进一步提高煤矿瓦斯安全监控系统及供电系统的稳定性、可靠性及实时性。传统的矿用安全监控系统具有以下问题(I)传统的矿用安全监控系统的通信网络结构、信号传输方式无法实现对网络结构中设备层终端设备(包括分站、传感器)的工作状态进行自动识别和故障诊断，终端设备的工作状态及故障信息不能及时上传，不能及时对监控系统进行维护和故障处置，无法保证监控系统运行的可靠性。(2)随着矿井信息化、自动化建设的不断推进，新型大功率电力电子器件的使用，大功率电器设备的频繁启动及无线射频设备的使用，造成井下电磁环境恶劣，监控系统设备经常受到强电磁干扰，造成监控系统数据易出现混乱，甚至全系统瘫痪。(3)传统的矿用安全监控系统普遍采用主从式通信结构，传感器和分站之间基本采用模拟信号传输方式，使监控系统的数据采集与控制的实时性差，分站之间无法实现联动联控。系统的危险区域的快速响应不及时、控制动作不可靠。(4)井下电网故障电火花是引发瓦斯爆炸事故的主要因素。在故障电火花产生之前对故障诊断和快速处置，可以有效地防止电气故障的蔓延扩大而引起瓦斯爆炸事故。但是，传统的矿用安全监控系统不具备电网故障监测与控制功能。
实用新型内容本实用新型的目的旨在至少解决上述技术问题之一，特别提出一种具有较高的稳定性、可靠性和实时性的煤矿安全监控系统。为达到上述目的，本实用新型的实施例提出一种煤矿安全监控系统，包括多个本质安全型传感器，所述多个本质安全性传感器分别与矿用本质安全型监控分站和地面中心站相连，所述多个本质安全型传感器监测井下多种气体的指标，并生成对应的监测信号，其中，每个所述本质安全型传感器与矿用本质安全型监控分站和地面中心站进行通信，自动向所述矿用本质安全型监控分站和地面中心站上报该本质安全型传感器的属性和工作状态；多个所述矿用本质安全监控分站，所述多个矿用本质安全监控分别与多个所述本质安全性传感器和所述地面中心站相连，所述多个矿用本质安全监控分站接收来自所述多个本质安全型传感器的监测信号，并根据所述监测信号获取井下多种气体的参数值、所述多个本质安全型传感器的工作状态和故障信息，以及对井下的环境状态进行监控，其中，所述多个矿用本质安全型监控分站之间为多主并发，且所述多个矿用本质安全型监控分站之间可以互相通信，每个所述矿用本质安全型监控分站向所述地面中心站自动上报该矿用本质安全型监控分站的工作状态和故障信息；电网监测器，所述电网检测器监测井下低压电网的运行参数，并根据监测到的所述井下低压电网的运行参数判断所述井下低压电网的故障状态和故障区域，生成电网故障信号，以及监测是否发生违规操作电气设备，当监测到发生违规操作电气设备时生成违规操作信号，其中所述电网监测器与所述多个矿用本质安全型监控分站联动联控；断馈电监视器，所述电网监测器与所述电网监测器相连，接收来自所述电网监测器的电网故障信号，并根据所述电网故障信号获取所述井下低压电网的故障状态和故障区域，根据所述井下低压电网的故障状态和故障区域切断发生故障的故障支路，以及接收来自所述电网监测器的所述违规操作信 号，并根据所述违规操作信号切断发生违规操作的设备的上一级电源；区域断电控制器，所述区域断电控制器与所述多个矿用本质安全型监控分站相连，所述区域断电控制器从所述多个矿用本质安全型监控分站获取所述井下多种气体的参数值，并显示所述井下多种气体的参数值、以及将所述井下多种气体的参数值分别与对应的气体阈值进行比较，当井下的一种气体的参数值高于该气体的气体阈值时，发出超限报警并控制对应的设备断电；以及矿用本质安全型电源，所述矿用本质安全型电源分别与所述多个本质安全型传感器、所述多个矿用本质安全型监控分站、所述电网监测器、所述电网故障处理装置、所述断馈电监视器和所述区域断电控制器相连，所述矿用本质安全型电源向所述多个本质安全型传感器、所述多个矿用本质安全型监控分站、所述电网监测器、所述电网故障处理装置、所述断馈电监视器和所述区域断电控制器提供电源。在本实用新型的一个实施例中，所述多个本质安全型传感器采用CAN总线与所述矿用本质安全型监控分站和地面中心站进行通信。在本实用新型的一个实施例中，所述本质安全型传感器的属性包括所述本质安全型传感器的型号、安装位置和检测气体的类型。在本实用新型的一个实施例中，所述多个矿用本质安全型监控分站之间采用CAN总线进行通信。在本实用新型的一个实施例中，所述多个矿用本质安全型监控分站之间的通信响应时间小于2秒。在本实用新型的一个实施例中，所述矿用本质安全型电源的电压保护整定值小于或等于21V。在本实用新型的一个实施例中，所述区域断电控制器的断电控制时间小于或等于5秒。根据本实用新型实施例的煤矿安全监控系统，可以及时向地面中心站上传各个设备的工作状态和故障信息，并在监测到故障时直接在井下完成相应的故障处理，例如区域断电控制，从而可以提高监测的实时性、稳定性和可靠性，进而为煤矿的安全生产提供有力保障。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
[0018]本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从
以下结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I为根据本实用新型实施例的煤矿安全监控系统的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限 制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。下面参考图I描述根据本实用新型实施例的煤矿安全监控系统。该煤矿安全监控系统中的各个设备之间采用相互通讯的仲裁机理，并配合网络层相互关联、信息分析和相互操作的通信协议。并且，各个设备之间采用对等通信技术，从而各个设备之间具有对等通信高速率如图I所示，本实用新型实施例提供的煤矿安全监控系统包括多个本质安全型传感器100、多个矿用本质安全型监控分站200、电网监测器300、断馈电监视器400、区域断电控制器500和矿用本质安全型电源600。多个本质安全型传感器100分别与矿用本质安全型监控分站200和地面中心站700相连，用于监测井下多种气体的指标，并生成对应的监测信号。其中，井下多种气体包括甲烷(CH4)、氧气(O2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)等。其中，每个本质安全型传感器均可以与矿用本质安全型监控分站200和地面中心站700进行通信，自动向矿用本质安全型监控分站200和地面中心站700上报该本质安全型传感器的属性和工作状态。本质安全型传感器的属性包括该本质安全型传感器的型号、安装位置和检测气体类型等。多个本质安全型传感器100实时上传自身设备的状态信息，从而提高了整个煤矿安全监控系统的监控实时性。在本实用新型的一个实施例中，多个本质安全型传感器100可以包括矿用数字式高低浓甲烷传感器和矿用数字式一氧化碳传感器。其中，矿用数字式高低浓甲烷传感器用于监测井下的甲烷气体的指标并生成甲烷监测信号，量程为0-4%、0-40%，具备总线通信功能，可以通过CAN总线与矿用本质安全型监控分站200和地面中心站700进行通信。并且，矿用数字式高低浓甲烷传感器还具备自动向矿用本质安全型监控分站200和地面中心站700上报传感器属性和工作状态的功能。具体地，矿用本质安全型监控分站200通过CAN总线连接至GEPON网络设备，将监测数据上传至地面。同一个GEPON网络设备下的分站采用CAN总线的方式相互通信。不同GEPON网络设备下的分站采用GEPON网络和CAN总线相结合的方式相互通信。矿用数字式一氧化碳传感器用于监测井下的一氧化碳气体的指标，并生成一氧化碳监测信号，量程为O-lOOOppm，具备总线通信功能，可以通过CAN总线与矿用本质安全型监控分站200和地面中心站700进行通信。并且，矿用数字式一氧化碳传感器还具备自动向矿用本质安全型监控分站200和地面中心站700上报传感器属性和工作状态的功能。多个矿用本质安全型监控分站200分别与多个本质安全性传感器100和地面中心站700相连，用于接收来自多个本质安全型传感器100的监测信号。例如，一个矿用本质安全型监控分站200可以接收来自矿用数字式高低浓甲烷传感器的甲烷监测信号，另一个矿用本质安全型监控分站200可以接收来自矿用数字式一氧化碳传感器的一氧化碳监测信号。然后多个矿用本质安全型监控分站200根据接收到的监测信号获取井下多种气体的参数值、多个本质安全型传感器100的工作状态和故障信息，并对井下的环境状态进行监控。其中，多个矿用本质安全型监控分站200之间为多主并发，且多个矿用本质安全型监控分站200之间可以互相通信。其中，多主并发是指根据监测数据及设定条件，监测网络中的每个矿用本质安全型监控分站200均可由从节点转化为主节点设备，并且向其他从节 点设备发送指令，从节点设备响应主节点发送的指令。当监测数据不满足设定条件时，主节点设备自动转换为从节点设备，响应其他主节点设备发来的指令。在本实用新型的一个实施例中，多个矿用本质安全型监控分站之间采用CAN总线进行通信。并且，多个矿用本质安全型监控分站200之间的通信响应时间小于2秒。每个矿用本质安全型监控分站200向地面中心站700自动上报该矿用本质安全型监控分站200的工作状态和故障信息。电网监测器300用于监测井下低压电网的运行参数，并根据监测到的井下低压电网的运行参数判断井下低压电网的运行参数。电网监测器300可以根据监测到的井下低压电网的运行参数判断井下是否发生故障，并获知井下低压电网的故障状态及定位故障区域，同时生成电网故障信号。此外，电网监测器300还监测是否发生操作员违规操作电气设备的情况。当电网监测器300监测到发生操作员违规操作电气设备时生成违规操作信号。其中，电网监测器300可以与多个矿用本质安全型监控分站200可以实现联动联控。断馈电监视器400与电网监测器300相连，用于接收来自电网检测器300的电网故障信号。然后断馈电监视器400根据电网故障信号获知井下低压电网的故障状态，并定位故障区域。断馈电监视器400根据井下低压电网的故障状态和故障区域，快速且及时的切断发生故障的故障支路。断馈电监视器400还接收来自电网监测器300的违规操作信号，并根据违规操作信号，定位到发生违规操作的设备，切断发生违规操作的设备的上一级电源，从而可以防止重大电气事故的发生。区域断电控制器500与多个矿用本质安全型监控分站200相连，用于从多个矿用本质安全型监控分站200获取井下多种气体的参数值，然后通过显示屏显示上述井下多种气体的参数值。区域断电控制器500将井下多种气体的参数值分别与对应的气体阈值进行比较。当井下的一种气体的参数值高于该气体的气体阈值时，则区域断电控制器500发出超限报警并控制对应的设备断电。在本实用新型的一个实施例中，区域断电控制器500的断电控制时间小于或等于5秒。[0036]矿用本质安全型电源600分别与多个本质安全型传感器100、多个矿用本质安全型监控分站200、电网监测器300、电网故障处理装置400、断馈电监视器500和区域断电控制器600相连。矿用本质安全型电源600用于向上述多个本质安全型传感器100、多个矿用本质安全型监控分站200、电网监测器300、电网故障处理装置400、断馈电监视器500和区域断电控制器600提供电源。在本实用新型的一个实施例中，矿用本质安全型电源600的电压保护整定值小于或等于21V (伏)，额定输出电流为450mA (毫安)。当煤矿井下发生灾变、事故后避难场所现场动力电源破坏或切断情况下，通过采用该矿用本质安全型电源600可以保证环境监测装置的正常工作。本实用新型实施例的煤矿安全监控系统的抗电磁干扰指标满足GB/T17626. 2规 定的严酷等级为3级(接触放电)的静电放电抗扰度试验、GB/T17626.3规定的严酷等级为2级的射频电磁场辐射抗扰度试验、GB/T17626. 4规定的严酷等级为3级的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、GB/T17626. 5规定的严酷等级为3级的浪涌(冲击)抗扰度试验的要求。根据本实用新型实施例的煤矿安全监控系统，具有网络节点设备间多主并发技术，并且各个设备之间具有对等通信高速率、冗余数据传输，在此监控系统网络中的所有终端设备均带有自动识别和故障诊断功能，具有工作状态自识别、故障类型自诊断等功能，实时上传设备状态信息，提高了整个监控系统的监控实时性，在井下直接完成区域断电控制。可以及时向地面中心站上传各个设备的工作状态和故障信息，并在监测到故障时直接在井下完成相应的故障处理，例如区域断电控制，从而可以提高监测的实时性、稳定性和可靠性，进而为煤矿的安全生产提供有力保障。本实用新型实施例的煤矿安全监控系统的平均无故障时间可以不小于1000小时。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求1.一种煤矿安全监控系统，其特征在于，包括 多个本质安全型传感器，所述多个本质安全性传感器分别与矿用本质安全型监控分站和地面中心站相连，所述多个本质安全型传感器监测井下多种气体的指标，并生成对应的监测信号，其中，每个所述本质安全型传感器与矿用本质安全型监控分站和地面中心站进行通信，自动向所述矿用本质安全型监控分站和地面中心站上报该本质安全型传感器的属性和工作状态； 多个所述矿用本质安全监控分站，所述多个矿用本质安全监控分别与多个所述本质安全性传感器和所述地面中心站相连，所述多个矿用本质安全监控分站接收来自所述多个本质安全型传感器的监测信号，并根据所述监测信号获取井下多种气体的参数值、所述多个本质安全型传感器的工作状态和故障信息，以及对井下的环境状态进行监控，其中，所述多个矿用本质安全型监控分站之间为多主并发，且所述多个矿用本质安全型监控分站之间可以互相通信，每个所述矿用本质安全型监控分站向所述地面中心站自动上报该矿用本质安全型监控分站的工作状态和故障信息； 电网监测器，所述电网检测器监测井下低压电网的运行参数，并根据监测到的所述井下低压电网的运行参数判断所述井下低压电网的故障状态和故障区域，生成电网故障信号，以及监测是否发生违规操作电气设备，当监测到发生违规操作电气设备时生成违规操作信号，其中所述电网监测器与所述多个矿用本质安全型监控分站联动联控； 断馈电监视器，所述电网监测器与所述电网监测器相连，接收来自所述电网监测器的电网故障信号，并根据所述电网故障信号获取所述井下低压电网的故障状态和故障区域，根据所述井下低压电网的故障状态和故障区域切断发生故障的故障支路，以及接收来自所述电网监测器的所述违规操作信号，并根据所述违规操作信号切断发生违规操作的设备的上一级电源； 区域断电控制器，所述区域断电控制器与所述多个矿用本质安全型监控分站相连，所述区域断电控制器从所述多个矿用本质安全型监控分站获取所述井下多种气体的参数值，并显示所述井下多种气体的参数值、以及将所述井下多种气体的参数值分别与对应的气体阈值进行比较，当井下的一种气体的参数值高于该气体的气体阈值时，发出超限报警并控制对应的设备断电；以及 矿用本质安全型电源，所述矿用本质安全型电源分别与所述多个本质安全型传感器、所述多个矿用本质安全型监控分站、所述电网监测器、所述电网故障处理装置、所述断馈电监视器和所述区域断电控制器相连，所述矿用本质安全型电源向所述多个本质安全型传感器、所述多个矿用本质安全型监控分站、所述电网监测器、所述电网故障处理装置、所述断馈电监视器和所述区域断电控制器提供电源。
2.如权利要求I所述的煤矿安全监控系统，其特征在于，所述多个本质安全型传感器包括 矿用数字式高低浓甲烷传感器，用于监测井下的甲烷气体的指标，并生成甲烷监测信号；和 矿用数字式一氧化碳传感器，用于监测井下的一氧化碳气体的指标，并生成一氧化碳监测信号。
3.如权利要求I或2所述的煤矿安全监控系统，其特征在于，所述多个本质安全型传感器采用CAN总线与所述矿用本质安全型监控分站和地面中心站进行通信。
4.如权利要求I所述的煤矿安全监控系统，其特征在于，所述本质安全型传感器的属性包括所述本质安全型传感器的型号、安装位置和检测气体的类型。
5.如权利要求I所述的煤矿安全监控系统，其特征在于，所述多个矿用本质安全型监控分站之间采用CAN总线进行通信。
6.如权利要求5所述的煤矿安全监控系统，其特征在于，所述多个矿用本质安全型监控分站之间的通信响应时间小于2秒。
7.如权利要求I所述的煤矿安全监控系统，其特征在于，所述矿用本质安全型电源的电压保护整定值小于或等于21V。
8.如权利要求I所述的煤矿安全监控系统，其特征在于，所述区域断电控制器的断电控制时间小于或等于5秒。
专利摘要本实用新型提出一种煤矿安全监控系统，包括多个本质安全型传感器用于监测井下多种气体的指标并生成对应的监测信号；多个矿用本质安全型监控分站用于获取井下传感器的监测数据、工作状态和故障信息、对井下的环境状态进行监控；电网监测器用于监测井下低压电网的运行参数并判断井下低压电网的故障状态和故障区域；断馈电监视器用于根据电网故障信号获取井下低压电网的故障状态和故障区域，切断发生故障的故障支路；区域断电控制器，用于将井下多种气体的参数值分别与对应的气体阈值进行比较，发出超限报警并控制对应的设备断电；矿用本质安全型电源。本实用新型可以提高监测的实时性、稳定性和可靠性，进而为煤矿的安全生产提供有力保障。
文档编号G05B19/418GK202472370SQ201220003140
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者王鹏, 肖成, 魏峰 申请人:煤炭科学研究总院