本实用新型专利技术公开了一种矿井采空区火灾监测预警装置。矿井采空区火灾隐蔽性强，并且易引发瓦斯爆炸、粉尘爆炸的二次灾害，造成大量人员伤亡；现有采空区火灾报警系统延迟时间长，易发生错报和漏报。所述装置主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元、温度监测单元、显示单元、通信接口和报警单元；所述装置可对监测区域环境中的气体浓度、温度等特征进行遥感监测，通过综合监测数据分析，发出火灾报警。所述装置可准确监测采空区火灾特征气体，大大提高了报警准确度，为煤矿安全生产提供重要保障。
Mine goaf fire monitoring early warning device
The utility model discloses a fire monitoring and early warning device for a mine goaf. Mine goaf fire concealed, and easily lead to two gas explosion disaster, dust explosion, causing heavy casualties; existing goaf fire alarm system with long time delay, prone to misstatements and omissions. The device mainly comprises a laser emitter, a laser receiver, control unit, temperature monitoring unit, display unit, communication interface and alarm unit; the device can carry out remote monitoring of gas monitoring in regional environment temperature and concentration characteristics, through comprehensive analysis of monitoring data, a fire alarm. The device can accurately monitor the characteristic gas in the goaf, greatly improve the accuracy of the alarm, and provide an important guarantee for the safe production of coal mines.
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种矿井采空区火灾监测预警装置，该系统涉及传感器技术、激光技术、光谱分析技术、信号处理技术等领域。
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、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。煤矿矿井火灾包括采空区火灾和巷道火灾，采空区火灾因为隐蔽性强不易被发现，并且易引发瓦斯爆炸、粉尘爆炸的二次灾害，造成大量人员伤亡。因此在采空区火灾初期即可以发现并能够及时扑灭具有非常重要的意义。煤矿绝大多数的采空区火灾发生在隐蔽地点，传统的仪器仪表探测技术都难以确切、迅速的找出隐蔽火源的位置和范围。目前采空区火灾的监测方法主要采用气体监测和温度监测，气体监测是通过束管系统抽取样气到地面对标志气体进行分析，由于气体抽取的路径较长，易发生漏气和堵管，而且采用这种方法的延时较长，易错过最佳的灭火和逃生时机，此外采用这种监测方法无法准确定位火源，为救灾带来不便。目前光纤分布温度监测方法也得到了应用，但光纤存在易损坏、安装较为复杂、维护困难等问题。因此需要一种新的矿井采空区火灾监测预警装置，以满足煤矿安全生产要求。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种矿井采空区火灾监测预警装置，可遥感监测较长距离的采空区火灾引起的温度和标志气体CH4、CO、CO2、O2、C2H2和C2H4的浓度变化，根据监测得到的异常数据进行火灾报警。所述装置主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元、温度监测单元、显示单元、通信接口和报警单元；装置采用开放气室，可对采空区多种气体浓度进行遥感监测；装置具有激光测距功能；控制处理单元根据采空区气体浓度数据及温度数据控制报警单元声光报警，并通过通信接口发送报警信息；装置安装于巷道壁，安装方向朝向矿井采空区，装置的监测区域应包括尽量多的采空区域。1.所述装置进一步包括：装置的激光发射器采用可自动调节发射方向的激光发射器，控制处理单元以扫描监测方式控制激光发射器发射方向，进行不同方向气体浓度和距离监测。2.所述装置进一步包括：装置的激光发射器通过激光源产生激光，一个激光源可产生用于探测多种气体的激光。3.所述装置进一步包括：装置的激光发射器通过激光源产生激光，激光发射器包括多个激光源，每个激光源用于产生探测一种气体的激光4.所述装置进一步包括：激光发射器的激光源采用可调谐半导体激光器；可调谐半导体激光器受控制处理单元控制，发出不同波长的激光；激光接收器接收反射回来的激光，将激光信号转换为电信号，控制处理单元处理电信号，得到相应的气体浓度。5.所述装置进一步包括：装置的激光发射器可发出CH4、CO、CO2、O2、C2H2和C2H4分子吸收峰值的不同波长的激光。6.所述装置进一步包括：装置为防爆型设备。7.所述装置进一步包括：装置的温度监测单元包括光纤传感器、无线温度传感器、红外热像仪、红外热电释或红外测温仪。8.所述装置进一步包括：装置的通信接口传输气体浓度数据、温度数据、距离数据、方向数据和报警信息。9.所述装置进一步包括：装置的通信接口包括无线通信接口。附图说明图1矿井采空区火灾监测预警装置实施方案1组成示意图。图2矿井采空区火灾监测预警装置实施方案1原理示意图。图3矿井采空区火灾监测预警装置实施方案2组成示意图。图4矿井采空区火灾监测预警装置实施方案2原理示意图。图5矿井采空区火灾监测预警装置实施方式2准直器排列结构示意图。图6信号发生器原理示意图。图7数字鉴相器原理示意图。图8矿井采空区火灾监测预警装置工作流程图。具体实施方式所述火灾监测预警装置的具体实施方式1如图1所示，组成单元包括：1.控制处理单元(101)：负责控制激光发射器(109)发射激光；处理激光接收器(112)返回的信号获得气体浓度和反射物距离；控制通信接口(116)进行通信；控制显示屏(119)显示；接收按键(120)的操作信号并进行相应的处理。具体组成包括：(1)核心处理器(102)，采用三星S3C2440处理器，S3C2440是基于ARM920T内核的微处理器，；S3C2440具有3个UART接口，2个SPI接口，2个USB接口，1个IIC-BUS接口；通过UART接口与数字鉴相器(204)连接通信；使用嵌入式Linux平台实现驱动控制通信。(2)电源与时钟模块(103)，包括DC电压转换和时钟管理元件，DC电压转换均采用MAX1724系列电源芯片，为所有芯片供电；选用12MHz晶振。(3)存储模块(104)；包括256MNANDFlash、一片4MNORFlash、128MSDRAM、一片IIC-BUS接口的EEPROM。(4)信号发生器(105)，负责产生用于控制激光发射器发射用于气体浓度监测的调制锯齿波控制信号，具体结构及工作原理在图5进行说明。(5)锁相环放大器(106)，采用两个模块，分别负责提取气体吸收信号的一次、二次谐波，利用信号与噪声的互不相关性来抑制噪声，提高信噪比，可采用LIA-MV-150锁相放大器模块。(6)模数转换器(107)，负责将锁相放大器解调出的一次、二次模拟信号转换成数字信号，采用ADS836416位多通道A/D转换器芯片，具有6个全差分输入通道。(7)数字鉴相器(108)，负责处理接收到的测距信号，将接收信号与发送控制信号进行比对，获得信号间的相位差，并将相位差以数据方式通过接口传送给核心处理器。数字鉴相器具体结构及工作原理在图6进行说明。2.激光发射器(109)，负责测距及气体监测的激光信号的发射，具体组成包括：(1)激光源(110)，采用可调谐半导体激光器，可发出多种波长的激光，用于测量不同气体浓度，可采用IBSG-TO5TEC系列可调谐半导体激光器，该可调谐半导体激光器集成TEC电流温度控制半导体元件，用于温度调节，稳定激光波长及功率。(2)云台(111)，用于控制激光源(110)的发射方向和激光接收器的接收方向，由核心处理器SPI通信端口外接MAX485芯片通过云台控制协议控制云台运动，云台采用摄像机用标准监控云台，可在水平和垂直方向进行转动。3.激光接收器(112)，负责接收激光信号，将激光信号转换为电信号，具体组成包括：(1)接收透镜(113)，负责将反射回来的激光聚集至光电探测器。(2)暗室(114)，采用密闭筒型结构，内壁涂吸光材料。(3)光电探测器(115)，负责将接收到的激光信号转换为电信号，包括光接收元件和放大电路；光接收元件采用InGaAsPIN光电二极管，放大电路主要元件采用AD603,并联两个电压跟随器分别连接锁相环放大器(106)和数字鉴相器(108)。4.通信接口(116)，用于监测数据传输，包括有线通信接口(117)和无线通信接口(118)。(1)有线通信接口(117),包括网络接口和现场接口，主要芯片采用DM9000，DM9000是完全集成的单芯片以太网MAC控制器，上层的网络协议由核心处理器的内置Linux驱动支持。DM9000支持10/100M自适应，支持3.3V与5V的电源电压。DM9000通过网络隔离变压器接口芯片YL18-1080S连接RJ45网络接口，实现对网络的物理连接进行通信；现场接口采用RS485模块，与核心处理器(102)通过UART接口连接。(2)无线通信接口(118),采用标本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种矿井采空区火灾监测预警装置，其特征在于：装置主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元、温度监测单元、显示单元、通信接口和报警单元；装置采用开放气室，可对采空区多种气体浓度进行遥感监测；装置具有激光测距功能；控制处理单元根据采空区气体浓度数据及温度数据控制报警单元声光报警，并通过通信接口发送报警信息；装置安装于巷道壁，安装方向朝向矿井采空区，装置的监测区域应包括尽量多的采空区域。
【技术特征摘要】
1.一种矿井采空区火灾监测预警装置，其特征在于：装置主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元、温度监测单元、显示单元、通信接口和报警单元；装置采用开放气室，可对采空区多种气体浓度进行遥感监测；装置具有激光测距功能；控制处理单元根据采空区气体浓度数据及温度数据控制报警单元声光报警，并通过通信接口发送报警信息；装置安装于巷道壁，安装方向朝向矿井采空区，装置的监测区域应包括尽量多的采空区域。2.如权利要求1所述的预警装置，其特征在于：装置的激光发射器采用可自动调节发射方向的激光发射器，控制处理单元以扫描监测方式控制激光发射器发射方向，进行不同方向气体浓度和距离监测。3.如权利要求1所述的预警装置，其特征在于：装置的激光发射器通过激光源产生激光，一个激光源可产生用于探测多种气体的激光。4.如权利要求1所述的预警装置，其特征在于：装置的激光发射器通过激光源产生激光，激光发射器包括多个激光源，每个激...
【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
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