专利名称：煤矿采掘全状态中的工作个体检测寻踪系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属应用在煤炭作业中的煤矿采掘全状态中的工作个体检测寻踪系统。
背景技术：
在近代煤矿采掘工业中，采掘人员的个人安全是非常重要的环节。在此环节中，采 掘人员的个人安全必须在各种灾变情况下受到严格的保护。在目前的条件下，井下都建立 了完整的通讯网络，如RFID电子标签系统和PHS小灵通定位技术。正常工作时，该系统可 实施动态电子考勤；灾变时如系统在工作，则可在第一时间将个人大致位置可以通过通讯 传递到井上，使井上在事故的第一时间可知道井巷中的人员状况，其工作方式如图1所示。 目前，上述两种方式均运行在煤炭采掘的工作之中，并发挥了显著的作用，产生了明显的效 果。但是现行系统所暴露的问题是PHS与RFID系统虽解决了井下通信的问题，但经过长 时间运行，也暴露了许多不足，尤其在灾变情况下，问题更加突出，问题较明显的为1)因 井下站部分为集中供电，正常时工作无问题，但当灾变发生时，电源供电中断或电源信号线 被扯断时，系统则无法工作而陷入瘫痪。2)个体寻踪时，定位不准确，而且系统能读的仅只 是形体存在的有无，但在灾变情况下，井下人员的个体生命特征信息无法探知，不能分轻重 缓急实施对井下救助。3)小灵通使用时的开关火花存在引爆瓦斯的危险。4)紧急情况下， 由于小灵通密集使用，引起信道阻塞，信息传递不畅，延误紧急通知和救助。根据在最近的 一次大型矿难中调查，经国家安监局定论，灾变前，由于紧急通知，使用密集，小灵通信道阻 塞，致使部分人员撤退延误；灾变后，井下信息系统因电源中断瘫痪而不知井下人员状况。 两种情况，是导致人员过多伤亡的主要原因之一。而且，在瓦斯突出的情况下，也不排除小 灵通的使用引起了瓦斯爆炸。因此，急需有一种新型的井下通信系统对原有系统实施更新， 该系统应能在井下正常、故障即全状态情况下，能正常工作。
发明内容为了解决上述所在问题，本实用新型的目的在于提供一种采用了脉搏检测和传送 技术，并首次应用在煤炭作业中的煤矿采掘全状态中的工作个体检测寻踪系统。本实用新 型是用如下方式实现的一种煤矿采掘全状态中的工作个体检测寻踪系统，其特征在于 它由单体信息采集传送器1、互递中继2、井下站3、地面站4和上位机5组成；该单体信息 采集传送器1含个人脉跳检测，分腕带式或头盔嵌入式两种，内置电池与微型数据系统佩 带于井下人员；互递中继2按要求的定位分辨率均勻嵌装在采掘巷与主巷的壁上；地面站4 一端连接上位机5连接地面总站，另一端再连接井下站3，这样就构成了主干连接。本实用 新型的优点是1.采用了蓝牙技术，可实现数据的近、远距无线传输，并分离单体采集与数 据互递。2.对井下人员的行踪及状态可作在线检测，并上报动态。3.无供电和数据总线连 接，在断电情况下，系统能正常工作，保证事故发生后，能顺利实施救助。4.当灾变发生时， 在第一时间，能得到井下人员的生命动态数据及大致位置，使人员得到及时救助。5.当中继 灾变而移位、翻滚，不影响中继继续工作。
[0004]图1是背景技术中井下两种常用定位方式示意图。[0005]图2是本实用新型全状态通信的结构示意图。[0006]图3是本实用新型全状态个体检测、寻踪系统的结构示意图。[0007]图4是本实用新型单体信息采集传送器电原理图。[0008]图5是本实用新型单体采集器外形图。[0009]图6是本实用新型腕带式采集器外形图。[0010]图7是本实用新型安全帽内嵌式采集器的结构示意图。[0011]图8是本实用新型传递中继电原理图。[0012]图9是本实用新型互递中继外形图。
具体实施方式
现结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。参照附图，本实用新型可随时检 测每个井下工作人员的脉跳是否正常。为达到独立监控的目的，设计了一单体信息采集传 送器1，该单体信息采集传送器1分腕带式或头盔嵌入式两种，内置电池与微型数据系统， 井下人员佩带后，可随时采集配带者的脉跳信息，该信息由与配带者邻近的互递中继2所 采集，并经中继互递，传送到地面总站。与之相配，该方案还设计了一款井下终端，即传递 中继，该中继的作用有三1.工作在模式一，中继之间互递数据，沟通上位-终端；2.工作 在模式二，每台中继读取就近单体信息采集传送器1的数据；3.在工作面的中继还检测瓦 斯数据(选用)，及时报警。工作时，三种方式交替转换。中继工作时，电源独立，采用的是 5-10Ah的锂电池自行供电；数据互递为射频传输，无须传递线。各采巷信号传输到主巷，主 巷继续射频传输，最后到井下站3汇总，井下站3通过有线传输到地面站4，地面站4再送 到上位机5作整体数据处理。中继电源能维持25-40天的工作，可以反复上井充电，重复使 用。这样，当井下一但断电或中继发生近距离位移、翻滚，不影响数据的采集与传输，保证了 系统在井下全状态下，能顺利使用。其使用如图2所示。该系统在井下作如下布置，将互递中继2按要求的定位分辨率均勻嵌装在采掘巷 与主巷的壁上，将中继的射频距离调至到仅与相邻中继可作互递，传到井口调度，再连接井 下站3，这样就完成了主干连接。再调整单体信息采集传送器1的射频距离，使之最大传送 距仅为两只中继能同时接受，则最大分辨率可做到两中继距的一半，这个分辨率在5-500 米可调，其示意如图3所示。工作原理、工作过程如下煤矿采掘全状态中的工作个体检测寻踪系统由单体信息采集传送器1、互递中继 2、井下站3、地面站4和上位机5组成，后三者为常规配置，在此不做描述，只对前两部分作 详细介绍。单体信息采集传送器1 单体信息采集传送器1是一个小型的数据处理系统，它由 脉跳检测、数据处理、射频传输及电源组成，其电气原理框图如图4所示。其工作原理为脉跳检测D3通过人体腕部或头部接触，获得脉跳信息，此信号经 D3内部放大整形，转换为电脉冲信号，经D3信号输出接到D1的P2. 2脚，经数据处理，得出脉跳参数，该参数再经程序处理，送到D2的DIN脚，由D1的P0. 2，P0. 4，P0. 5分别对D2工 作、收/发、频道实施分时控制，将脉跳数据发送到就近的互递中继2互递。CR2477电池的 容量为900mAh，工作时间为15-25天，可以反复充电工作。整个单体信息采集传送器1封装在一 25 X 20 X 12mm的一次性树脂密封体内，重量 约为40g，背部为脉跳感应面，底部留有电池封装位与初始化数据导入接口。一但电池入位 及采集器初始化完成，便进行热融胶封装，以防爆防水。其外形如图5.所示。单体信息采集传送器1的配带分两种形式，其一是腕带式，即在采集器上装两条扣式腕带，配带时腕扣相连，将感应面紧贴手 (脚)腕的脉跳部，便可采集工作。其外形如图6.所示。其二为安全帽嵌入式，即在安全帽的脑部围箍上的太阳穴部位嵌上采集器，在安 全配带时，便可采集到脉跳信息。按安监局最新规定，井下安全帽今后将设计为锁扣式，下 井人员必须强制配带，并无法自摘，这样将很方便脉跳采集。安全帽内嵌式采集器如图7所
7J\ o互递中继2与单体信息采集传送器1类似，互递中继2也是一个小型的数据处理 系统，它仅只由数据处理、射频传输及电源组成，其电气原理框图如图8所示。其工作原理为D1为98C52单片机，D2为nRF401射频芯片，D1的收发脚(P3. 0， P3. 1)分别与D2的发收脚(DOUT, DIN)相连，D1的P1. 2，PL 3，PL 4分别连接D2的工作/ 待机模式脚PWR-UP，频道选择脚CS，发送/接收模式脚TXEN。工作时，按程序指令，D1通过 5脚发出不同的编排组，互递中继2就既可以接受单体信息采集传送器1的信号，又可互递 信息，成功的完成井下工作。D3为5-10Ah的锂电池，对D1、D2供电，在常态工作时，能连续 工作25-40天。电池可以上井充电反复工作，如电池耗尽，中继停止工作。由于互递续断，上 位会立即从界面观察中得知，可及时通知相关人到位更换，以保证系统完整、独立的工作。 与单体信息采集传送器1相同，整个中继封装在一 120 X 90 X 15mm的一次性树脂密封体内， 重量约为200g，底部留有电池封装位与初始化数据导入接口。一但电池入位及中继初始化 完成，便进行热融胶封装，以防爆防水防震。其外形如图9所示。定位跟踪分辨率定位跟踪分辨率是井下信息工作系统的重要指标，该系统在 人员无须操作的情况下，通过单体信息采集传送器1与中继的互通掌握，其定位分辩率为 5-500米。其原理为如确定分辨率为50米，通过调试整定，让互递中继2的传送距离为110 米，相互的定位距离为100米，则相邻中继可以信息互递；同样，通过调试整定，让单体信息 采集传送器1的传送距离定为60米，这样，如单体信息采集传送器1信号为一个中继所接 收，则可知携器人员就在该中继的50米附近；如为两个中继接收，但不可同时为3个中继接 收，则可知携器人员就在两个中继中间点的50米内附近，这些定点状况可以在上位机5屏 上作出显示，可以简单、明确地了解井下人员的状态、位置情况。
权利要求一种煤矿采掘全状态中的工作个体检测寻踪系统，其特征在于它由单体信息采集传送器[1]、互递中继[2]、井下站[3]、地面站[4]和上位机[5]组成；该单体信息采集传送器[1]含个人脉跳检测，分腕带式或头盔嵌入式，内置电池与微型数据系统佩带于井下人员；互递中继[2]按要求的定位分辨率均匀嵌装在采掘巷与主巷的壁上；地面站[4]一端连接上位机[5]连接地面总站，另一端再连接井下站[3]，这样就构成了主干连接。
专利摘要一种煤矿采掘全状态中的工作个体检测寻踪系统。属应用在煤炭作业中的煤矿采掘全状态中的工作个体检测寻踪系统。目的是提供一种采用了脉搏检测和传送技术，并首次应用在煤炭作业中的煤矿采掘全状态中的工作个体检测寻踪系统。特征是它由单体信息采集传送器、互递中继、井下站、地面站和上位机连接构成。优点是1.采用了蓝牙技术，可实现数据的近、远距无线传输，并分离单体采集与数据互递。2.对井下人员的行踪及状态可作在线检测并上报动态。3.无供电和数据总线连接，断电时系统能正常工作，保证能顺利实施事故救助。4.灾变发生第一时间，能得到井下人员的生命动态数据及大致位置，及时救助。5.当中继因灾变而移位、翻滚能继续工作。
文档编号E21F17/18GK201606114SQ20092025974
公开日2010年10月13日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者张跃辉, 黄建高 申请人:黄建高;张跃辉