一种用于预测矿井坍塌及人员定位的预警装置及方法与流程

文档序号:25992209发布日期:2021-07-23 21:04阅读:212来源:国知局
一种用于预测矿井坍塌及人员定位的预警装置及方法与流程

本发明涉及定位及预警技术领域,并且更具体地,涉及一种用于预测矿井坍塌及人员定位的预警装置及方法。



背景技术:

随着煤炭开采量的增加,开采事故日益增多,其中矿井坍塌事故是煤炭开采事故中危害性和死亡率最高的矿难之一。急需发明一种煤矿预警装置,实现多方位检测矿井碳层湿度和硬度,及时发现碳层隐藏的潜在危险,并可在矿难发生时准确定位被困人员的具体位置。



技术实现要素:

针对上述问题,本发明提出了一种用于预测矿井坍塌及人员定位的预警装置,包括:

主控制器,所述主控制器连接地质硬度检测模块、矿井大裂痕检测模块、井下人员定位模块和报警模块;接收地址硬度监测模块,发出的阈值,根据阈值发出报警指令至报警模块,接收矿井大裂痕检测模块发送的检测数据,根据检测数据值发出报警指令至报警模块,接收井下人员定位模块发出的定位信息;

地质硬度检测模块,所述地质硬度检测模块检测矿井碳层周围压力和湿度的阈值,根据阈值确定碳层的地质硬度值,当检测的地质硬度低于设定标准值时,将阈值发送至主控制器;

矿井大裂痕检测模块,矿井大裂痕检测模块检测矿井下顶板碳层外部大裂痕和内部大裂痕,获取检测数据,若检测数据超出预设值时,将检测数据发送至主控制器;

报警模块,所述报警模块根据主控制器发出的报警指令进行报警;

井下人员定位模块,所述井下人员定位模块对井下人员进行定位,获取定位信息,并将定位信息发送至值控制器。

可选的,地质硬度检测模块包括:单片机、双输出开关电源、压力传感器、湿度传感器、信号放大器和液晶显示器。

可选的,矿井大裂痕检测模块包括:电子监控器、振动传感器、x射线衍射仪、衍射图像、地面监控室和模数转换器。

可选的,井下人员定位模块包括:人体热释电红外传感器、红外扫描图像仪和图像识别与转换器。

可选的,报警模块包括:振动频率显示器、人员位置显示器、蜂鸣报警器和闪光灯报警器。

可选的,双输出开关电源输出3.3v和5v两种直流电压,分别用于对主控制器和单片机供电。

可选的,压力传感器和湿度传感器安装于金属探头内部,当金属探头钻入井下顶板碳层时,压力传感器和湿度传感器检测碳层周围压力和湿度。

可选的,电子监控器和x射线衍射仪安装于井下顶板碳层表面,分别用于监控井下顶板碳层外部大裂痕和内部大裂痕。

可选的,x射线衍射仪将拍摄的衍射图像无线传输至地面监控室。

本发明还提出了一种用于预测矿井坍塌及人员定位的预警方法,所述方法包括:

检测矿井碳层周围压力和湿度的阈值,根据阈值确定碳层的地质硬度值,当检测的地质硬度低于设定标准值时,将阈值发送至主控制器;

检测矿井下顶板碳层外部大裂痕和内部大裂痕,获取检测数据,若检测数据超出预设值时,将检测数据发送至主控制器;

控制主控制器接收阈值及检测数据,根据阈值及检测数据发出报警,根据报警指令发出报警;

发出报警后,对井下人员进行定位,获取定位信息。

本发明可准确预测矿井坍塌时间和原因,并可实现矿井坍塌中被埋人员的精确定位,适合推广运用。

附图说明

图1为本发明装置的结构图;

图2为本方明装置实施例的原理图;

图3为本发明方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式,然而,本发明可以用许多不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中,相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种用于预测矿井坍塌及人员定位的预警装置,如图1所示,包括:

主控制器,所述主控制器连接地质硬度检测模块、矿井大裂痕检测模块、井下人员定位模块和报警模块;接收地址硬度监测模块,发出的阈值,根据阈值发出报警指令至报警模块,接收矿井大裂痕检测模块发送的检测数据,根据检测数据值发出报警指令至报警模块,接收井下人员定位模块发出的定位信息;

地质硬度检测模块,所述地质硬度检测模块检测矿井碳层周围压力和湿度的阈值,根据阈值确定碳层的地质硬度值,当检测的地质硬度低于设定标准值时,将阈值发送至主控制器;

矿井大裂痕检测模块,矿井大裂痕检测模块检测矿井下顶板碳层外部大裂痕和内部大裂痕,获取检测数据,若检测数据超出预设值时,将检测数据发送至主控制器;

报警模块,所述报警模块根据主控制器发出的报警指令进行报警;

井下人员定位模块,所述井下人员定位模块对井下人员进行定位,获取定位信息,并将定位信息发送至值控制器。

其中,地质硬度检测模块包括:单片机、双输出开关电源、压力传感器、湿度传感器、信号放大器和液晶显示器。

其中,矿井大裂痕检测模块包括:电子监控器、振动传感器、x射线衍射仪、衍射图像、地面监控室和模数转换器。

其中,井下人员定位模块包括:人体热释电红外传感器、红外扫描图像仪和图像识别与转换器。

其中,报警模块包括:振动频率显示器、人员位置显示器、蜂鸣报警器和闪光灯报警器。

其中,双输出开关电源输出3.3v和5v两种直流电压,分别用于对主控制器和单片机供电。

其中,压力传感器和湿度传感器安装于金属探头内部,当金属探头钻入井下顶板碳层时,压力传感器和湿度传感器检测碳层周围压力和湿度。

其中,电子监控器和x射线衍射仪安装于井下顶板碳层表面,分别用于监控井下顶板碳层外部大裂痕和内部大裂痕。

其中,x射线衍射仪将拍摄的衍射图像无线传输至地面监控室。

下面结合实施例对本发明进行进一步的说明:

如图2所示,一种用于预测矿井坍塌及人员定位救援的井下安全预警装置,包括stm32主控制器,所述stm32主控制器上连接地质硬度检测模块、矿井大裂痕检测模块、井下人员定位模块和报警模块;所述地质硬度检测模块包括89c51单片机、双输出开关电源、压力传感器、湿度传感器、信号放大器和液晶显示器;所述矿井大裂痕检测模块包括电子监控器、振动传感器、x射线衍射仪、衍射图像、地面监控室和模数转换器;所述井下人员定位模块包括人体热释电红外传感器、红外扫描图像、图像识别与转换、无线传输、总监控室、图像接收与处理、人员分析与定位、实施救援;所述报警模块包括振动频率显示器、人员位置显示器、蜂鸣报警器和闪光灯报警器。

双输出开关电源输出3.3v和5v两种直流电压,分别用于给stm32主控制器和89c51单片机供电;所述压力传感器和湿度传感器安装于金属探头内部,当金属探头钻入井下顶板碳层时,压力传感器和湿度传感器开始检测碳层周围压力和湿度,检测阈值可作为碳层地质硬度评判标准,当检测阈值低于设定标准硬度值时,通过信号放大器将检测信号放大,并输送给stm32主控制器,系统开始报警,井下人员定位模块开始工作;所述液晶显示

器采用双排12864液晶显示器,上排显示检测压力值,下排显示检测湿度值。所述电子监控器和x射线衍射仪安装于井下顶板碳层表面,分别用于监控井下顶板碳层外部大裂痕和内部大裂痕,其中x射线衍射仪将拍摄的衍射图像无线传输至地面监控室;所述振动传感器安装于井下顶板碳层表面,用于检测因采掘或地震而引起的振动频率,当检测出碳层内部或外部存在大裂痕或振动频率超出设定值时,系统开始报警,井下人员定位模块开始工作。所述人体热释电红外传感器对坍塌前的井下施工现场进行红外扫描,并将红外扫描图像经图像识别与转换后无线传输至总监控室,监控计算机对图像接收与处理,工作人员通过对红外图像分析,可定位施工人员具体位置,以便实施救援行动。所述振动频率显示器用于显示井下顶板碳层振动频率值;所述人员位置显示器用于显示被人体热释电红外传感器扫描出的施工人员距装置安装地点的直线距离;所述蜂鸣报警器和闪光灯报器与井下人员定位模块同时工作。

本发明还提出了一种用于预测矿井坍塌及人员定位的预警方法,如图3所示,所述方法包括:

检测矿井碳层周围压力和湿度的阈值,根据阈值确定碳层的地质硬度值,当检测的地质硬度低于设定标准值时,将阈值发送至主控制器;

检测矿井下顶板碳层外部大裂痕和内部大裂痕,获取检测数据,若检测数据超出预设值时,将检测数据发送至主控制器;

控制主控制器接收阈值及检测数据,根据阈值及检测数据发出报警,根据报警指令发出报警;

发出报警后,对井下人员进行定位,获取定位信息。

本发明可准确预测矿井坍塌时间和原因,并可实现矿井坍塌中被埋人员的精确定位,适合推广运用。

本发明采用stm32和89c51两种控制器共同执行控制任务,可减少stm32主控制器的编程难度,保证系统具有较高的稳定性和可靠性;采用双输出开关电源可实现控制芯片的稳定供电;采用压力传感器和湿度传感器可保证煤炭地质硬度的准确检测;采用x射线衍射仪可准确检测矿井碳层内部出现的大裂痕,及时发现潜在危险,有效防止坍塌事故;同时采用人体热释电红外传感器和红外扫描图像无线传输,可准确定位坍塌时被埋矿工的具体位置,便于及时展开施救措施。

本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现,例如,面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

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