专利名称：矿井安全预警与救援信息系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线信息发送和接收系统，特别涉及用于矿井安全预警与救援信息的无线发送和接收系统。随着矿井开采深度的增加和井下巷道的不断延伸，各种灾害的威胁程度都在增加，灾害治理的难度在加大。表现在瓦斯涌出量越来越大，矿山压力增大，灾害治理更加复杂等。我国煤炭产量占全球35％，事故死亡人数却达全球80％。每采集100万吨煤的矿工死亡率，约是美国的100倍、南非的30倍，居全球之冠。2001年至2004年，平均每7.4日发生一起逾十人死亡的矿山事故。2004年，死亡6027人，平均每日约16名矿工丧失生命。这势必在国际上极大地影响我国的形象。
目前装备于矿井中的安全生产监测监控系统很多，一般的做法是通过在井下主要地段设置不同类型的传感器采集数据，及时将井下安全数据信息实时传送向地面管理系统，如地面监控主机，可以比较准确地掌握井下现场的基本情况。不足之处是当井下出现紧急情况时，系统并不具备在第一时间向井下带班作业人员及时发送紧急应对命令，通知井下带班作业领导迅速组织作业人员执行紧急应对措施或进行疏散撤离的功能。目前也没有能在正常生产作业中进行调度指挥的系统。本发明的目的在于提供一种日常可作调度指挥，井下出现紧急情况时及时通知预警，并发送紧急应对指令或指挥疏散撤离指令的矿井安全预警与救援信息系统。
本发明的技术方案是矿井安全预警与救援信息系统，包括主控制计算机，还包括至少一个无线信息接收机、与所述主控制计算机顺次相连的调制器、至少一个功率放大器、以及与所述功率放大器数目相同的天线；其中，所述调制器用于与主控制计算机进行双向通讯，互传数据，并将主控制计算机传送过来的数据信息进行编码，调制为超长波信号后输出到功率放大器，经天线发射到所述无线信息接收机。
作为本发明的改进，所述主控制计算机对需要经过调制器调制、功率放大器放大，最终经天线发射出去的数据采用正交频分复用技术进行编码。所述功率放大器为超低频功率放大器，并采用线性功率放大器。所述天线为环形天线，设置在矿井地下坑道中。所述无线信息接收机为防爆接收机，其接收并显示来自所述天线的信号，并根据设置发出提示信号。还包括天线防雷安全保护装置，用于保护系统免受闪电和电涌动冲击。
在具体实施过程中，所述无线信息接收机采用锂电池供电，所述锂电池通过胶封处理，固定安装在接收机壳体内。
作为本发明的改进，所述无线信息接收机被设置为在接收到紧急信号时发出报警提示信号。所述主控制计算机直接或通过网络系统与矿井下信号采集控制装置相连。
本发明作为井下安全预警、应急救援及人员调度指挥的新型信息通信装备，具有信息明确、安全及时、使用简便的突出特点。装备矿山后，能够在地面指挥中心与井下矿工之间迅速建立起一种有效的人员调度与紧急救援通信指挥手段，大力提升煤矿安全预警能力，促进井下生产效率和安全水平的提高。特别是在矿井发生危急情况时，通过信息发送，有效组织作业人员即时疏散撤离，更好地保护井下广大作业矿工的生命安全，最大程度地减少和降低煤矿井下灾害事故发生所造成的人员伤亡和损失。
图1是本发明一种矿井安全预警与救援信息系统的系统结构图。下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。
本发明所述矿井安全预警与救援信息系统(Mine Emergency System，MES)的设计机理是将超长波无线通信技术应用在煤矿井下，借助超长波无线信号在井下巷道复杂环境下可绕射、穿透煤(岩)层的传输特性实现无线信号在井下巷道中的移动传输通信。
如图1所示，本发明系统包括主控制计算机1、多个无线信息接收机5、与主控制计算机1顺次相连的调制器2、至少一个功率放大器3、至少一个环形天线4，以及天线防雷安全保护装置6。
其中，主控制计算机1内安装有本发明的MES控制软件。MES控制软件是一种智能化的、简便有效的信息生成软件包。主控制计算机1还直接或通过网络系统与矿井下信号采集控制装置相连。井下信号采集控制装置实时将各类数据(如氧气、瓦斯、一氧化碳含量、风速、温度、视频数据、风机开停等)传送至地面主控制计算机1，操作人员根据情况利用MES控制软件编辑信息，如打开风机排气、要求某人到某一位置、通知何地发生何故障等，发送到特定的无线信息接收机5。使用操作上采用基于WINDOWS系统的人性化友好界面设计，编辑控制信息的方法可以是由计算机键盘输入有关信息，如被叫人的代码、地址及有关信息内容，然后由控制软件对上述信息采用正交频分复用技术(COFDM)进行编码后输出到调制器2，调制器2将主控制计算机1传送过来的数据信息进行编码、调制后输出到功率放大器3。功率放大器3输出的超长波信号加载到数千米长的环形天线4上，通过天线4向外辐射信号形成以天线4为中心向外均匀辐射的超长波电磁场来覆盖井下巷道的有效区域。无线信息接收机5由井下作业人员(如井下的各级带班领导、瓦检员、安监员等)随身携带在井下使用。能够实现对井下人员群呼(呼叫井下全体人员)、组呼(呼叫一个生产小组)、个人呼叫(呼叫单独的个人)以及在危急情况下脱开计算机直接向井下人员直接发送紧急指令信息。例如上午9点，矿调度室接到瓦检员紧急报告，井下某盘区瓦斯超标需撤离，调度台立即向井下西部某的MES接收机发出四条信息1、紧急提示信息西部某地瓦斯超限；2、发出撤离信息组织人员快速撤离；3、通知撤离路线走主巷道乘罐出井；4、发出慰问信息同志们辛苦了。
由于数据在移动条件下进行无线传输时，特别是在较为恶劣的地理、电磁环境下进行无线传输时，要求通信信道具有较强的抗干扰性和抗衰落、抗多径的能力。普通的模拟和数字信道难以满足上述要求。因此本发明采用编码正交频分复用技术(COFDM)对控制信号进行编码。这种先进的编码方法具有良好的抗多径干扰能力，可支持非视距传输(NLOS)，可以避免任何形式的错误信息被传输出去的可能，可以尽可能地确保在单向的信号条件下，无线信息接收机5可以对上述信息进行解码。同时，本发明系统使用超低频的无线信号发射装置，使得MES信号能够在井下巷道通过绕射和穿透煤岩层进行传播，因此在井下不同地点都可接收信号，从而实现真正意义上的紧急信息无线移动传输信息通信。
本发明采用专门根据实际情况研制的的调制器2，用于与主控制计算机1进行双向通讯，互传数据，保证数据的正确性，并将主控制计算机1送过来的数据信息进行POCSAG编码，调制，然后输出到超低频功率放大器3。功率放大器3采用超低频功率放大器，其主要作用是将弱小的信号放大到一个大的输出功率，以驱动信号到环形天线4。超低频功率放大器3采用线性功率放大器，保证对需要传输的信号进行无失真的放大，以确保持续工作，并可以保护功率放大器免受短路和过热的危险。每台功率放大器3能够携带一套环形天线4，对于一般矿井而言，使用一台功率放大器3和一套环型天线4就可以覆盖整个矿井并进行工作，大一点的矿井可以采用多套功率放大器3和环形天线4配合使用。
环形天线4的布置对整套系统是非常关键的。天线4的布置将决定信号的传输范围，一般而言，一个布置在矿井核心范围的环形天线4就可以相应的覆盖一个一般的矿井。环形天线越大，信号能够覆盖的范围就越大。为了达到要求的信号传输范围，环形天线4需要根据不同矿井的基础条件和结构进行设计。设计中要充分考虑井下盘区巷道走向深度、工作面作业长度、工作区域的最大范围等。
天线防雷安全保护装置6负责保护系统免受闪电和电涌动冲击，确保系统始终工作于安全监控保护状态。这个装置紧挨着环形天线4，这样任何对环形天线4的冲击都会被天线防雷安全保护装置6分流和转移，最大限度地减少可能对系统造成的损害。
本发明所采用的无线信息接收机5是特别为矿工使用而专门设计的，可根据矿工使用习惯，用挎在腰间的皮带随身携带或用背带背挎在身上使用。其采用锂电池提供电源。锂电池通过胶封处理，固定安装在接收机壳体内，但不影响电池的正常充电方式。接收机还采用防爆设计，如在电路板涂上绝缘漆、全密闭的外壳等，已经通过上海采煤机械检测中心防爆站的严格检测，并已颁发防爆合格证，获准下井使用。设计中充分考虑了井下特殊环境中的噪音、灰尘、照明度、电源干扰等诸多因素。当收到一条有效信息时，无线信息接收机5的LCD指示灯会发光，信息在液晶显示板(LCD)上被显示，安装在接收机上的蜂鸣器同时发出鸣叫(按动按钮可以终止)，而没有信息到来的时候，显示板上将不间断地显示时间信息。当收到紧急信息时，接收机发光闪烁的频率、蜂鸣器震动的频率都将比平常的高很多，且报警持续时间增长，以作为报警提示信号。这样不论矿工在井下所处位置的光线条件和噪声程度如何，矿工都能够得知信息的到来，并迅速作出反应。
综上所述，本发明所述矿井安全预警与救援信息系统的特点是日常进行实时调度井下人员，指挥生产，提高井下的通信能力和工作效率。当井下突发紧急情况时能够及时将地面紧急指挥信息及时发送给携带无线信息接收机5的井下人员，指挥井下带班作业人员如何面对突发情况，正确指导作业人员暂时撤离作业地点、或进行瓦斯抽放通风、或等待作业地点恢复正常后再行生产等。在危急情况下可以直接发送紧急信息通知作业人员进行紧急的完全撤离；当井下某个工作面或坑道发生瓦斯超标，塌方，透水等紧急情况时，地面可根据情况启动调制器上的紧急按扭，发送紧急信息给井下所有人员，并可根据情况发送撤离路线等信息。由于无线信息接收机5由组织作业的带班领导、安监员、瓦检员随身携带，无论他们处在井下什么位置，只要处于无线信号覆盖范围就可以正常接收信息。这必将在紧急时刻可以实现有序的安全作业指导，为矿工争取更多的、非常宝贵的逃生、撤离时间。它的投入使用，将使我国煤矿矿井安全生产管理监控及通信调度指挥能力提高到一个新的高度和水平。
权利要求
1.矿井安全预警与救援信息系统，包括主控制计算机，其特征在于还包括至少一个无线信息接收机、与所述主控制计算机顺次相连的调制器、至少一个功率放大器、以及与所述功率放大器数目相同的天线；其中，所述调制器用于与主控制计算机进行双向通讯，互传数据，并将主控制计算机传送过来的数据信息进行编码，调制为超长波信号后输出到功率放大器，经天线发射到所述无线信息接收机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述主控制计算机对需要经过调制器调制、功率放大器放大，最终经天线发射出去的数据采用正交频分复用技术进行编码。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述功率放大器为超低频功率放大器。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述功率放大器采用线性功率放大器。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述天线为环形天线，设置在矿井地下坑道中。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述无线信息接收机为防爆接收机，其接收并显示来自所述天线的信号，并根据设置发出提示信号。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于还包括天线防雷安全保护装置，用于保护系统免受闪电和电涌动冲击。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述无线信息接收机采用锂电池供电，所述锂电池通过胶封处理，固定安装在接收机壳体内。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述无线信息接收机被设置为在接收到紧急信号时发出报警提示信号。
10.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述主控制计算机直接或通过网络系统与矿井下信号采集控制装置相连。
全文摘要
本发明涉及无线信息发送和接收系统，特别涉及用于矿井安全预警与救援信息的无线发送和接收系统，包括主控制计算机，还包括至少一个无线信息接收机、与所述主控制计算机顺次相连的调制器、至少一个功率放大器、以及与所述功率放大器数目相同的天线；其中，所述调制器用于与主控制计算机进行双向通讯，互传数据，并将主控制计算机传送过来的数据信息进行编码，调制为超长波信号后输出到功率放大器，经天线发射到所述无线信息接收机。本发明具有信息明确、安全及时、使用简便的突出特点。能够在地面指挥中心与井下矿工之间迅速建立起一种有效的人员调度与紧急救援通信指挥手段，大力提升煤矿安全预警能力，促进井下生产效率和安全水平的提高。
文档编号H04B1/00GK101063410SQ20061006048
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月25日 优先权日2006年4月25日
发明者刘玉贞, 杨文义 申请人:深圳威迪泰通信技术有限公司