矿井应急通信与监控系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种矿井应急通信与监控系统。该系统包括无线供电设备、无线节点设备、监控设备、井下无线终端设备等设备；无线供电设备为无线节点设备供电；当矿井下发生灾害事故时，无线节点设备组成应急无线通信网络，为井下无线终端设备提供通信服务。该系统能够避免在灾害发生时由于通信、供电电缆的损坏而导致井上与井下的通信中断，保证在井下灾害发生后，可以为井下被困人员和救援人员提供可靠的通信和定位服务，同时可监控井下现场情况。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种矿井应急通信与监控系统，该系统涉及传感器技术、无线通信技术、无线充电技术等领域。
技术介绍
煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。井下通讯联络系统是煤矿“六大安全避险系统”之一，是煤矿安全生产的重要保障。现有井下通讯联络系统主要包括有线调度系统、移动通信系统、广播系统、救灾系统、透地通信系统。当井下发生瓦斯突出、瓦斯爆炸、冲击地压、冒顶、水灾、火灾等事故时，会对井下巷道内的各种通信设备、通信线缆、供电线缆以及井下监控设备造成破坏，所以有线调度系统、移动通信系统、广播系统易受灾害事故影响无法使用。救灾通信系统由灾后救援人员携带的无线通信系统，可在灾后一定范围内实现通信，但对于救援人员无法到达的区域仍无法通信。透地通信系统是基于低频透地通信技术的通信系统，事故影响小，抗灾能力强，但透地通信的发送设备和发送天线体积大成本高，所以透地通信一般采用单向广播通信方式，井下人员只能接收井上的信息，不能发送信息，只有在井下有限数量的硐室才可配有发射设备，发生事故后井上仍无法获知不在硐室内的井下人员情况和现场情况，所以透地通信系统也无法满足矿井应急通信需要。为保证井下人员的生命安全并解决以上问题，需要新的应急无线通信与监控系统，能够避免在灾害发生时由于通信、供电电缆的损坏而导致井上与井下的通信中断，保证在井下灾害发生后，可以为井下被困人员和救援人员提供可靠的通信和定位服务，同时可监控井下现场情况。
技术实现思路
本技术提供了一种矿井应急通信与监控系统，系统主要包括无线供电设备、无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备、井下无线终端设备；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备和显示设备内置蓄电池；无线供电设备采用无线方式为无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备和显示设备提供工作电能和蓄电池充电电能；无线供电设备由供电线缆供电；无线节点设备采用无线多跳通信方式组成无线通信网络；监控设备、语音设备、监视设备、显示设备和井下无线终端设备由无线节点设备接入无线通信网络。1.所述系统进一步包括：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备底部紧贴安装平面固定，外壳剖面应具有以下特征，侧面呈流线型，顶部没有锐角或直角，
底部与顶部交界角为锐角；底部材料采用具有良好导热特性的材料；无线节点设备的顶部材料采用没有无线信号屏蔽作用的耐高温隔热材料；无线节点设备外壳具有防水功能。2.所述系统进一步包括：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备安装于巷道侧壁或顶部和井筒壁，也可安装于巷道侧壁或顶部井筒壁牢固的且在巷道使用期内永久性保留的附属设施上；无线供电设备临近无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备安装，应保证供电天线与电能接收天线方向相对；一个无线供电设备可为一个或多个无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备供电。3.所述系统进一步包括：当无线节点设备被相邻设备激活时，如需上行通信，无线节点设备则激活上行通信方向上的相邻无线节点设备，通过接力方式逐级激活上行方向上的所有无线节点设备，完成通信所需链路的网络环境组建；当系统需下行通信和定位时，同样采用接力激活方式激活通信或定位所需的所有无线节点设备，完成通信所需的网络环境组建；当此次通信完成后，被激活的无线节点设备自动进入省电工作状态。4.所述系统进一步包括：监控设备包括温度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器、氧气传感器、空气压力传感器、湿度传感器、水浸传感器。5.所述系统进一步包括：如监控设备处于省电工作状态，当井上设备需采集井下的特定区域的环境数据时，首先通过此区域的无线通信网络的节点设备激活其通信范围内的监控设备，监控设备将自动与井上设备建立数据链路，井上设备可通过特定指令控制监控设备采集相应的数据，当数据采集完成后监控设备通过数据链路将数据上传至井上设备；被激活的设备完成此次工作通信后，自动进入省电工作状态。6.所述系统进一步包括：语音设备包括呼叫按钮及语音采集和语音放大元件，呼叫按钮用于紧急呼救。7.所述系统进一步包括：显示设备用于显示接收到的图形和文本指示信息；显示设备具有查询按钮，查询按钮用于查询接收到的图形和文本。8.所述系统进一步包括：无线供电设备可采用分区供电方式或交流直接供电方式；当采用分区供电方式时，各区域的无线供电设备并联在本区域的直流供电线缆上，由此路区域直流供电线缆供电，电源由本区域的交/直流电转换设备单独提供；当采用交流直接供电方式时，无线供电设备内置有交/直流转换模块，可直接连接交流供电线缆实现供电。9.所述系统进一步包括：井下无线终端设备包括手机、定位卡、具有无线通信功能的矿灯、具有无线通信功能的便携仪器和其它具有无线通信功能的设备。附图说明图1矿井应急通信与监控系统实施示意图1。图2矿井应急通信与监控系统实施示意图2。图3无线供电发射设备统一供电示意图。图4无线供电发射设备区域供电示意图。图5无线供电发射设备与无线节点等设备安装和剖面结构示意图。图6无线供电发射设备原理组成示意图。图7无线节点设备原理组成示意图。图8监控设备原理组成示意图。图9语音设备原理组成示意图。图10监视设备原理组成示意图。图11显示设备原理组成示意图。图12井下的无线移动终端设备发起通信的系统工作流程图。图13井下设备上传数据的系统工作流程图。图14井上设备呼叫井下的无线移动终端设备通信的系统工作流程图。具体实施方式所述通信与监控系统的具体实施方式1如图1所示，组成包括：1.监控终端(101)，通过无线通信网络与井下无线移动终端设备(106)双向通信。2.交换机(102)，负责所有接入以太网的设备的数据交换，同时负责无线通信网络的建立与管理。3.无线供电发射设备(103)，通过无线供电方式为无线节点设备(104)供电，通过供电线缆从交/直流电转换设备(105)获取直流电能。4.无线节点设备(104)，负责组建无线通信网络；在无线供电发射设备(103)无法正常工作的情况下自动进入省电工作状态，可被无线移动终端设备(106)和相邻的其它设备激活进入正常工作状态，在通信完成后自动返回省电工作状态。5.(105)包括：井下监控设备、语音设备、监视设备或显示设备。6.交/直流电转换设备(106)，将井下交流电源转换为直流电通过供电线缆为无线供电发射设备(103)供电；如采用交流供电方式，无线供电发射设备直接接井下交流电源，则不需要交/直流电转换设备。7.无线移动终端设备(107)，包括手机、定位卡、具有无线通信功能的矿灯、具有无线通信功能的便携仪器和其它具有无线通信功能的设备，设有紧急呼叫按钮，用于
激活通信区域内的处于省电状态的无线节点设备(104)。图2所示为所述通信与监控系统在斜井、平硐的实施方式示意图。无线供电发射设备的供电方式包括统一供电方式、分区供电方式、交流供电方式。统一供电的实施方式如图3所示，所有无线供电发射设备(103)由统一供电线缆采用直流供电方式供电，无线供电发射设备(103)以并联方式连接统一供电线缆，实施时需间隔一定距离并联一个交/直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井应急通信与监控系统，其特征在于：所述系统主要包括无线供电设备、无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备、井下无线终端设备；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备和显示设备内置蓄电池；无线供电设备采用无线方式为无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备和显示设备提供工作电能和蓄电池充电电能；无线供电设备由供电线缆供电；无线节点设备采用无线多跳通信方式组成无线通信网络；监控设备、语音设备、监视设备、显示设备和井下无线终端设备由无线节点设备接入无线通信网络。

【技术特征摘要】
1.一种矿井应急通信与监控系统，其特征在于：所述系统主要包括无线供电设备、无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备、井下无线终端设备；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备和显示设备内置蓄电池；无线供电设备采用无线方式为无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备和显示设备提供工作电能和蓄电池充电电能；无线供电设备由供电线缆供电；无线节点设备采用无线多跳通信方式组成无线通信网络；监控设备、语音设备、监视设备、显示设备和井下无线终端设备由无线节点设备接入无线通信网络。2.如权利要求1所述的应急通信与监控系统，其特征在于：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备底部紧贴安装平面固定，外壳剖面应具有以下特征，侧面呈流线型，顶部没有锐角或直角，底部与顶部交界角为锐角；底部材料采用具有良好导热特性的材料；无线节点设备的顶部材料采用没有无线信号屏蔽作用的耐高温隔热材料；无线节点设备外壳具有防水功能。3.如权利要求1所述的应急通信与监控系统，其特征在于：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备安装于巷道侧壁或顶部和井筒壁，也可安装于巷道侧壁或顶部井筒壁牢固的且在巷道使用期内永久性保留的附属设施上；无线供电设备临近无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备安...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11