矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统技术方案

本发明专利技术提供一种矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统，该系统包括多参数无线传感器节点和无线监测基站；多参数无线传感器节点中红外遥控模块、微型负压泵模块、485模块、声光报警模块均与第一单片机连接，传感器模块与第一单片机对接，第一单片机与第一无线自组网模块通信连接，第一无线自组网模块与无线监测基站连接，无线监测基站中第二无线自组网模块与第二单片机连接，触摸屏、数据存储模块、485模块和RJ45模块均与第二单片机连接，第二无线自组网模块与环网交换机通信连接，环网交换机通过通信光缆将传输信息上传到地面监控中心。该监测预警系统可有效早期预测和定位矿井煤自燃隐患，解决煤自燃给矿井生产带来的危害。

Coal mine spontaneous combustion characteristic information high-density network monitoring and early warning system

The invention provides a coal spontaneous combustion characteristics of high density information network monitoring and warning system, the system includes a multi parameter wireless sensor nodes and wireless monitoring station; both the infrared remote control module, micro vacuum pump module, 485 module, alarm module of multi parameter wireless sensor nodes in connection with the first microcontroller, sensor module and the first docking the first single-chip microcontroller, the first wireless ad hoc network communication module connected to the first connection module and the wireless network monitoring base station wireless ad, second wireless monitoring base station in wireless ad hoc network module is connected with the second single chip microcomputer, touch screen, data storage module, 485 module and RJ45 module are connected with the second microcontroller, second wireless ad hoc network module is connected with the ring communication network switches, ring switch through communication cable transmission will upload the information to the ground monitoring center . The monitoring and warning system can effectively predict and locate the hidden danger of spontaneous combustion of coal mine early, and solve the harm caused by the spontaneous combustion of coal to the production of coal mine.

【技术实现步骤摘要】
矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统
本专利技术涉及一种矿井安全监测监控系统，具体涉及一种矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统。
技术介绍
我国的煤矿生产的现状为：矿井回采纵深发展，围岩应力大，综放遗煤多，漏风规律复杂多变，自燃危险性大；综放面采空区、密闭区、沿空侧易于形成较强的漏风，相邻区段遗留有大量松散煤体，极易氧化升温。回采形成的采空区逐渐连成一片，大范围采空区存在严重的冲击、瓦斯、有毒有害气体涌出和煤自然发火隐患。尤其是矿井部分采区生产结束并封闭后，大面积采空区对矿井安全生产的威胁越来越严重，采空区煤岩体破坏和瓦斯的非均匀释放，在通风供氧的条件下，引起采空区煤层自燃和可燃气体的大量释放，诱发采空区自燃或可燃气体爆炸灾害事故，严重威胁着矿工生命和财产的安全。采空区存在丢煤、漏风通道多，受采掘活动、大气压变化等因素影响，易出现“呼吸”漏风现象引起煤炭自然等事故。目前我国的煤矿安全监测技术有很大的提高，但在煤火灾害感知方面，监测系统信息处理方面还存在不足，有限的数据资源“挖掘”分析程度不够，自燃危险程度判别和防控决策的信息量不足，不能及时发现煤自燃早期隐患，严重制约了煤火灾害监测预警技术的发展。现有的防灭火手段针对性不强，常规的灌浆、注氮等防灭火技术缺乏高效性与长效性，难以实现有效防控。因此，研究自燃危险区域无线监测预警技术，对煤自燃监测技术水平的提高具有实际应用价值。采空区遗煤自燃呈现动态变化特征，人工监测范围大、周期长、连续性又差，再加上测点多、距离远、环境复杂，监测困难，这使得对采空区的管理、监控非常困难，难以实现对有采空区灾害预测与预警，不能为及时有效的预防自燃灾害提供依据。
技术实现思路
为解决现有的检测技术难以对采空区实现有效的灾害预测和预警的问题，本专利技术提供了一种可有效早期预警和定位煤矿火灾隐患的矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统。本专利技术的技术方案如下：所提供的矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统包括多个多参数无线传感器节点和多个无线监测基站；多参数无线传感器节点包括能量供应模块、传感器模块、信号调理电路、第一单片机、第一无线自组网模块、红外遥控模块、微型负压泵模块、485模块、声光报警模块和防爆外壳；微型负压泵模块为多参数无线传感器节点提供气体检测所需的样气，红外遥控模块用于多参数无线传感器节点的校准，能量供应模块为多参数无线传感器节点提供电源；红外遥控模块、微型负压泵模块、485模块、声光报警模块均与第一单片机通信连接，第一无线自组网模块包括无线通信模块；传感器模块通过信号调理电路与第一单片机的I/O口对接，第一单片机与第一无线自组网模块通信连接，第一无线自组网模块通过天线与无线监测基站连接；无线监测基站包括第二单片机、能量供应模块、数据存储模块、485模块、RJ45模块、第二无线自组网模块、触摸屏和防爆外壳；能量供应模块为无线监测基站提供电源，第二无线自组网模块通过天线与第一无线自组网模块通信连接，第二无线自组网模块与第二单片机连接，触摸屏、数据存储模块、485模块和RJ45模块均与第二单片机通信连接，第二单片机通过485模块或RJ45模块与隔爆兼本安型环网交换机通信连接，隔爆兼本安型环网交换机通过通信光缆将传输信息上传到地面监控中心。上述技术方案中，为了使多参数无线传感器节点在煤矿井下恶劣环境下长期稳定可靠工作，多参数无线传感器节点的传感器模块可为内置式传感器，内置式传感器设置于气室内，气室设置有第一快速气动接头和第二快速气动接头，第一快速气动接头通过硅胶管与微型负压泵模块连接，第二快速气动接头通过硅胶管与粉尘过滤器连接，通过粉尘过滤器把气体排放到环境中。上述传感器模块可包括有一氧化碳传感器、氧气传感器、甲烷传感器、压差传感器、温度传感器和湿度传感器。相邻的多参数无线传感器节点之间的优选无线通信距离≤2000m。进一步地，考虑无线监测系统的冗余性，相邻的多参数无线传感器节点之间的优选无线通信距离≤500m。多参数无线传感器节点和无线监测基站之间的优选距离≤2000m。进一步地，考虑无线监测系统的稳定性和可靠性，多参数无线传感器节点和无线监测基站之间的优选距离≤500m。矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统在数据采集的过程中可采用动态调整一阶滤波系数算法，包括以下步骤：1)传感器模块对变量进行三次采样，分别为第一次采样值X(n-2)，第二次采样值X(n-1)，第三次采样值X(n)，将采样值分别存储；2)计算第二次采样值和第一次采样值的差值，计算第三次采样值和第二次采样值的差值，比较差值变化的方向是否一致，若差值同为正或同为负，则差值变化方向相同，若差值一正一负，则差值变化方向相反；3)若差值变化方向相反，则将滤波计数器和滤波系数两个变量清零，输出当前滤波系数的值α；4)若差值变化方向一致，将滤波计数器变量自加1；判断差值的绝对值是否大于设定阈值，若差值大于阈值，则将滤波计数器变量自加2，若差值小于阈值，则跳出判断；判断滤波计数器是否达到计数上限，若达到计数上限，则将滤波系数与系数增量进行求和，并将滤波计数器清零，若滤波计数器没有达到计数上限，则跳出循环；5)输出当前滤波系数的值α；6)利用一阶低通滤波，将滤波系数α带入到算法公式Y(n)＝αX(n)(1-α)Y(n-1)中,得到本次滤波输出值Y(n)，其中，α为滤波系数，Y(n-1)为上次滤波输出值。优选地，矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统数据融合时可采用多传感器信息融合算法。本专利技术的有益效果是：1.该监测预警系统的应用可有效的早期预警和定位煤自燃隐患，解决煤火灾害给矿井安全生产带来的危害问题，确保矿井煤自燃防灭火工作的及时性和高效性。该系统通过获取有效的、精确的煤自燃特征信息，进行融合识别、态势评价和威胁估计，作为煤自燃诊断和预警的判据，达到正确识别、预警的目的，降低误报率和漏报率，实现采空区煤自燃特征信息动态监测和预警，为矿井采空区煤自燃火灾的隔离、封闭和控制提供重要决策依据。2本专利技术采用集一氧化碳气体传感器、氧气传感器、甲烷气体传感器、压差传感器、温度传感器和湿度传感器于一体的多参数无线传感器节点，组网速度快，自组网跳数多，网络规模大，可实现对煤自燃危险区域的高密度网络化动态监测和隐患识别。采用模块化设计、缩短元器件间距离、电源线和地线与数据传递方向一致的方法，提高PCB板抗干扰性，并在靠近每个集成电路电源输入端接去耦电容，抑制电源的干扰。3.本专利技术提出了煤自燃危险区域无线测点的布置方式，确定了多参数无线传感器节点布置的关键参数，优化了测点的布置方案，解决了大面积采空区工作面后部遗煤区域、沿空侧、密闭区动态监测预警的技术难题。针对井下采空区范围广泛、环境复杂等特点，该布置方式具有便于铺设、维护方便的优点，能在线连续监测煤自燃的变化趋势，当温度或某一气体浓度超出正常范围时，发出警报，对煤自燃信息异常变化及时预警和定位。4.监测预警系统在数据融合时采用多传感器信息融合算法，融合不同位置的煤自燃多组分指标气体和温度信息，确定了煤自燃危险区域温度与各指标气体浓度的定量关系，使得传感器节点之间实现信息交互和故障自诊断，实现了传感器的智能化。5.监测预警系统通过多参数无线传感器节点进行数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统，其特征在于：包括多个多参数无线传感器节点和多个无线监测基站；多参数无线传感器节点包括能量供应模块、传感器模块、信号调理电路、第一单片机、第一无线自组网模块、红外遥控模块、微型负压泵模块、485模块、声光报警模块和防爆外壳；微型负压泵模块为多参数无线传感器节点提供气体检测所需的样气，红外遥控模块用于多参数无线传感器节点的校准，能量供应模块为多参数无线传感器节点提供电源；红外遥控模块、微型负压泵模块、485模块、声光报警模块均与第一单片机通信连接，第一无线自组网模块包括无线通信模块；传感器模块通过信号调理电路与第一单片机的I/O口对接，第一单片机与第一无线自组网模块通信连接，第一无线自组网模块通过天线与无线监测基站连接；无线监测基站包括第二单片机、能量供应模块、数据存储模块、485模块、RJ45模块、第二无线自组网模块、触摸屏和防爆外壳；能量供应模块为无线监测基站提供电源，第二无线自组网模块通过天线与第一无线自组网模块通信连接，第二无线自组网模块与第二单片机连接，触摸屏、数据存储模块、485模块和RJ45模块均与第二单片机通信连接，第二单片机通过485模块或RJ45模块与隔爆兼本安型环网交换机通信连接，隔爆兼本安型环网交换机通过通信光缆将传输信息上传到地面监控中心。...

【技术特征摘要】
1.一种矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统，其特征在于：包括多个多参数无线传感器节点和多个无线监测基站；多参数无线传感器节点包括能量供应模块、传感器模块、信号调理电路、第一单片机、第一无线自组网模块、红外遥控模块、微型负压泵模块、485模块、声光报警模块和防爆外壳；微型负压泵模块为多参数无线传感器节点提供气体检测所需的样气，红外遥控模块用于多参数无线传感器节点的校准，能量供应模块为多参数无线传感器节点提供电源；红外遥控模块、微型负压泵模块、485模块、声光报警模块均与第一单片机通信连接，第一无线自组网模块包括无线通信模块；传感器模块通过信号调理电路与第一单片机的I/O口对接，第一单片机与第一无线自组网模块通信连接，第一无线自组网模块通过天线与无线监测基站连接；无线监测基站包括第二单片机、能量供应模块、数据存储模块、485模块、RJ45模块、第二无线自组网模块、触摸屏和防爆外壳；能量供应模块为无线监测基站提供电源，第二无线自组网模块通过天线与第一无线自组网模块通信连接，第二无线自组网模块与第二单片机连接，触摸屏、数据存储模块、485模块和RJ45模块均与第二单片机通信连接，第二单片机通过485模块或RJ45模块与隔爆兼本安型环网交换机通信连接，隔爆兼本安型环网交换机通过通信光缆将传输信息上传到地面监控中心。2.根据权利要求1所述的矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统，其特征在于：多参数无线传感器节点的传感器模块为内置式传感器，内置式传感器设置于气室内，气室设置有第一快速气动接头和第二快速气动接头，第一快速气动接头通过硅胶管与微型负压泵模块连接，第二快速气动接头通过硅胶管与粉尘过滤器连接。3.根据权利要求2所述的矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统，其特征在于：传感器模块包括一氧化碳传感器、氧气传感器、甲烷传感器、压差传感器、温度传感器和湿度传感器。4.根据权利要求1所述的矿井煤自燃特征信息高密度网络化监测预警系统，其特征在于：相邻的多参数无线传感器节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟峰，邓军，石浩，郭丽丽，窦永婷，卞朝阳，祝文君，吴世雄，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61