[發明專利]基于無線傳感器網絡的煤礦井下火災監測系統

有效

• 申請號: 201110218602.0
• 申請日: 2011-08-01
• 公開（公告）號: CN102269014A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 王鵬;苗可彬;葉錦嬌
• 申請（專利權）人: 煤炭科學研究總院
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

技術領域

本發明涉及煤礦井下安全監測和無線通訊領域，特別是涉及一種基于無線傳感器網絡的煤礦井下火災監測系統。

背景技術

我國煤礦地質條件復雜，火災是煤煤礦下主要自燃災害之一。我國具有自燃發火危險的煤礦所占比例大、覆蓋面廣。大中型煤礦中，自燃發火危險程度嚴重或較嚴重的煤礦占72.9％。由于煤層自燃，我國每年損失煤炭資源2億噸左右。自燃發火也是釀成煤礦瓦斯爆炸重大惡性事故的原因之一，造成慘痛事故。

隨著我國煤礦機械化程度的提高，膠帶輸送機火災所占比重有上升趨勢，膠帶機火災的發生和發展比較突然和迅猛，并伴有大量煙霧和有害氣體造成人員窒息，并可能引爆瓦斯、煤塵造成更大的災害。

通過連續監測煤礦內、外因火災潛伏期的征兆并實現火災預報，可以降低火災防治費用，避免災害事故發生，是最有利的煤礦井下火災防治措施。

目前，我國煤礦自燃火災監測和預報主要使用束管監測系統，通過束管取樣分析井下巷道、采空區中的生成氣體濃度預報煤自燃發火。束管技術的優點是井下無電氣設備，但只限于分析火災氣體，對自燃發火溫度，發火區域漏風狀態等則無法監測。同時，束管設備也存在氣體輸送距離遠，取樣時間延遲，分析數據實時性差，以及束管內的冷凝水積存，堵塞管路不易處理，出現分析數據不夠準確等技術缺陷。因此，許多煤礦的束管監測系統形同虛設，不能在安全生產中發揮作用。

煤溫變化是最直接的火災預報參數。按我國國家安全標準AQ1029中規定，開采容易自燃，自燃煤層的煤礦的采煤工作面應設置溫度傳感器。現有的煤礦安全監測系統只能監測井下巷道環境中的溫度，不適于煤自燃發火預報，會貽誤火災防治時機。國內有些自燃發火煤礦在采空區內放置溫度監測探頭，但基本上采用人工巡檢方法觀測。

在膠帶機火災監測方面，基本上采用在膠帶機巷放置煙霧傳感器監測火災，傳感器只能監測煙霧有無狀態，不能實現膠帶機火災的早期預報。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種具有準確監控煤礦井下火災功能的基于無線傳感器網絡的煤礦井下火災監測系統。

根據本發明實施例的基于無線傳感器網絡的煤礦井下火災監測系統的拓撲結構為樹狀網絡結構，并且包括：

監測主機，所述監測主機位于地面且安裝系統監測軟件和后臺數據庫，用于接收井下安全數據和發出監測指令；通訊主站，所述通訊主站通過工業以太網絡與所述監測主機通訊，且用于接收和傳輸所述井下安全數據和所述監測指令；和無線傳感器網絡，所述無線傳感器網絡位于所述煤礦傳感區域內，通過所述通訊主站與所述監測主機通訊，所述無線傳感器網絡為ZigBee無線自組織網絡且包括：無線傳感器，無線傳感器用于采集煤礦安全數據和無線傳輸所述煤礦安全數據，且包括無線一氧化碳傳感器、無線風壓傳感器和無線溫度傳感器；和無線網關，所述無線網關與所述無線傳感器通過無線通訊并且與所述通訊主站通過現場總線通訊，所述無線網關將所述煤礦安全數據傳輸到所述通訊主站并向所述無線傳感器傳輸所述監測指令，其中所述無線傳感器網絡的路由算法采用CRAM算法，所述無線傳感器和所述無線網關采用突發喚醒通訊機制，僅在一定時間間隔內數據發生了變化或根據所述監測主機的指令才進行無線網絡通訊，所述無線一氧化碳傳感器采集煤礦內一氧化碳濃度數據，所述無線風壓傳感器采集煤礦內壓力變化數據，所述無線溫度傳感器采集煤礦內溫度數據。

由此，根據本發明實施例的基于無線傳感器網絡的煤礦井下火災監測系統不僅能夠及時準確地監測煤礦井下火情，還能有效地控制無線傳感器網絡節點的能耗，延長無線傳感器網絡的使用壽命。由于無線傳感器網絡采用大量低成本傳感器節點，因此較之有線傳感器網絡不僅極大地節省了成本，還能在井下發生災難時更穩定地進行監測工作。又因為根據本發明實施例的基于無線傳感器網絡的煤礦井下火災監測系統能夠僅通過監測煤礦內一氧化碳的濃度、風壓變化和溫度能夠精準地預報和監測煤礦井下火災，而無需監測多種礦井氣體和其他安全因素，因此不用在無線傳感器網絡中設置過多類型的傳感器，降低了成本，且簡化了軟件報警判斷方法、提高了判斷的準確性。

另外，根據本發明的基于無線傳感器網絡的煤礦井下火災監測系統還可以包括如下附加技術特征：

根據本發明的一個實施例，本發明的基于無線傳感器網絡的煤礦井下火災監測系統還包括監測分站，所述監測分站與所述通訊主站通過現場總線進行通訊并與一個所述無線傳感器網絡通訊，所述監測分站接收、儲存、處理和傳輸所述井下安全數據，并接受和傳輸所述監測主機的監測指令，其中所述通訊主站與多個所述監測分站通信。