专利名称：采空区煤炭自燃无线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤炭自燃预警监测装置，尤其是一种适用于自然发火比较严 重矿区的煤矿井下采空区煤炭自燃无线监测装置。
背景技术：
我国既是世界上煤炭产量最大的国家，也是煤层自燃发火最为严重的国家之一。 每年我国煤矿死亡人数是美国的200倍，印度的10多倍，百万吨死亡率是世界平均水平的 10倍。据统计，我国国有重点煤矿中具有自然发火危险的矿井约占51.3%，占总矿井火灾 的90%以上。自然发火是防灭火工作的治理重点，绝大部分自然发火发生在采空区、巷帮破 碎煤柱及充填工作面采空区内。近年来综采放顶煤技术的推广应用，对实现高产高效开采 起到了重大作用，带来了较大的经济效益。但综放工作面浮煤厚度大，而且采空区遗煤厚度 大，导致煤自燃危险性增大。而综采工作面产量大、设备精，一旦发生自燃势必造成巨大的 经济损失。因此，采空区煤炭自燃不仅对矿工生命及国家财产构成重大威胁，而且严重制约 煤矿生产能力的发挥，造成了不良的社会和政治影响。因此，防治采空区煤炭自燃是保证我 国煤矿安全生产工作的重点。由于煤炭自燃发火95%以上都在采空区，人们不能直视和达到的地点。近10年 来，为准确的测定采空区温度、CO和02浓度，掌握采空区煤炭自燃规律，国内外众多学者进 行了长期的基础理论研究和科学实验，形成了两种采空区参数采样的常用方法(1)利用 FBG技术，即在采空区内按一定的走向、倾斜方向间距布网，每一网格节上预埋一光纤温度 传感器连续监测采空区温度动态变化规律。FBG技术能够精确、连续测试采空区温度变化， 为分析采空区自然发火规律和判断自燃发火态势提供良好数据资料，但该方法光纤布设复 杂困难，采样数据单一；(2)煤自然发火束管监测装置和煤自然发火色谱监测装置。束管监 测装置是利用真空泵，通过一组空心塑料管将井下监测地点的空气直接抽至分析单元中进 行检测。束管监测装置由采样器、接管箱、放水器、除尘器、抽气泵、采样控制柜和分析单元 组成。KHY系列气相色谱监测装置主要由气体采集、气体分析和数据处理三大部分组成。通 过聚氯乙烯管将工作面、上隅角、采空区等处的气体抽吸到分析仪器，由气相色谱分析仪完 成对自然发火标志气体的分析，微机对采集分析仪器的输出信号进行数据处理后提出预测 预报结论。该装置能对C0、C02、CH4、C2H4等多种气体进行实时监测。束管检测装置和气相 色谱监测装置存在的缺点是管网长、采样测定滞后时间长；管路积水以及粉尘进入管路 堵塞后难以处理；人为或其它因素破坏管路的可能性大，管路维护量较大；地面设备多，需 专人管理。另外，由于束管监测装置在束管传输气样和对气样进行分析的工程中均存在不 同程度的时间滞后现象，因此它不能像电信号监测装置那样反映测点气体的瞬时浓度值， 并且由于装置分析软件存在一定缺陷，无法完全适应实际情况。由此可见束 监测装置和 气相色谱监测装置不适合监测气体浓度的瞬间值。
实用新型内容实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单，测试方便，灵 敏度高、使用效果好的一种采空区煤炭自燃无线监测装置。为实现上述目的，本实用新型的采空区煤炭自燃无线监测装置，由设在采空区的 多组信号发射器和回采工作面便携式接收器构成，其中每组信号发射器包括间隔埋设在 采空区内的多种传感器，多种传感器分别连接A/D转换器，经A/D转换器与单片机I相连， 单片机I上连接有无线收发模块；便携式接收器包括单片机II，分别与单片机II相接的无 线收发模块、显示模块、485通讯口及功能按钮。所述的多种传感器为CO浓度传感器、02浓度传感器、CH4浓度传感器和温度度传 感器；所述的单片机I的型号为P89LPC932，单片机II的型号为MSP430。有益效果本实用新型电路简单、功耗低、测量精度高，在回采工作面上可以通过 便携式接收器精确的测量采空区内部CO、02、温度、CH4等参数情况，将采空区内的各类待 测参数信号变为电信号，通过单片机对信号进行处理，控制无线收发模块进行发送；测试方 便，可以将便携式接收器的485接口连接到井下分站，通过井下监测监控网络实现对采空 区参数的地面实时监测；灵敏度高，该监测技术与现有技术相比传感器分辨率高，测量数据 精确，通信方式简单，可靠性高，工作效率高，能提供更加全面准确的CO、02、CH4、温度参数 值，且造价低，使得对采空区煤炭自燃危险性的预测和评价结果更加准确，具有广泛的适用 性。
图1是本实用新型使用分布示意图。图2是本实用新型的发射器构成框图。图3是本实用新型的接收器构成框图。其中1_信号发射器；2-便携式接收器；3-A/D转换器；4-单片机I ；5-单片机II ； 6-无线收发模块；7-显示模块；8-无线收发模块；9-485通讯口 ； 10-功能按钮；a_C0浓度 传感器；b_02浓度传感器；c_CH4浓度传感器；d-温度传感器；K-采空区；H-巷道；G-回采 工作面；M-煤层；FZ-井下分站。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述图1所示，在采空区K设置多组信号发射器1，在回采工作面G设置接收多组信号 发射器1信号的便携式接收器2，每组信号发射器1利用多种传感器为探头、多种传感器有 CO浓度传感器a、02浓度传感器b、CH4浓度传感器c和温度度传感器d，它们间隔排列设在 采空区内。图2所示；每组信号发射器1由多种传感器、A/D转换器3，单片机I 4和无线收 发模块6组成，多种传感器分别与A/D转换器3连接，通过A/D转换器3连接单片机I 4，单 片机I 4上连接有无线发射模块6，单片机I 4的型号为P89LPC932。图3所示；便携式接 收器2包括单片机115，单片机115上分别连接有无线接收模块8、显示模块7、485通讯口 9及功能按钮10。单片机115的型号为MSP430。工作原理⑶浓度传感器a、02浓度传感器b、温度传感器c、CH4浓度传感器d均采用电阻式传感器，通过恒流源输出一个线性小电压值，由线性仪表放大器对小电压信号 进行线性放大，再通过精度为12位及以上的A/D转换器3，将转化好的数字信号传递给单 片机I 4，单片机I 4处理数据后通过无线收发模块6发出信号，无线收发模块8收到数据 包后，对数据包解调并将数据通过读写操作传递给单片机II 5，如果收到的数据是CO浓度 传感器a发送过来的数据，则使用CO浓度数据处理子程序，同时将处理好的数据以十进制 含单位的数据在显示模块上显示，如果收到的数据是02浓度传感器b发送过来的数据，则 使用02浓度数据处理子程序，同时将处理好的数据以十进制含单位的数据在显示模块上显 示，如果收到的数据是温度传感器c发送过来的数据，则使用温度数据处理子程序，同时将 处理好的数据以十进制含单位的数据在显示模块上显示，如果收到的数据是014浓度传感 器d发送过来的数据，则使用CH4浓度数据处理子程序，同时将处理好的数据以十进制含单 位的数据在显示模块上显示。如果回采工作面G附近有监测监控分站FZ，则可通过485通 信线将便携式接收器2与监测监控分站FZ连接，将数据融入监测监控网络，在井上服务器 将数据处理好，然后通过网络发布就可以在井上办公室web浏览器上查看采空区当前和历 史数据。另外，便携式接收器2上设置的功能按钮有复位按钮、唤醒发射器按钮、使能外部 通信按钮、历史查询按钮、开关按钮。 使用时，先对采空区K与煤层M的距离(与回采方向垂直)进行分析，一般每隔20 米放置一到两套(可根据回采工作面G的宽度调节)CO、02、温度、CH4等参数传感器，每个 传感器相距3-5米，沿直线排开，并设置一定的冗余量；CH4传感器应设置在高处；本套装置 设计中已经考虑了使用金属结构固定等措施；由于氧化带煤自燃的概率非常小，连接不同 型号传感器的信号发射器1刚设置后处于休眠状态，等待外部请求，可以根据回采进度对 其唤醒；正常工作期间，为了节省能量还可以设置一定的阈值，只有在采样值大于阈值以后 才与便携式接收器2通信；如果由于传播距离太远信号收不到，可以通过外部请求，使次级 信号发射器处于接收和发射的半双工状态，次级信号发射器接受到前一级信号发射器的信 号并对其进行处理向下一级发射，这样就通过半双工通信实现信号接力，从而监测较远距 离采空区K的参数；将便携式接收器2设在回采工作面G巷道H附近，即可接收信号发射器 1发出的数据，对收到数据进行地址判断和信息路由，详细分析各种数据并进行实时显示或 远程通信，还可以将便携式接收器的485接口连接到井下分站FZ，通过井下监测监控网络 实现对采空区K参数的地面实时监测；还可通过便携式接收器2上的功能按钮对信号发射 器1发送请求。
权利要求一种采空区煤炭自燃无线监测装置，其特征在于它由设在采空区的多组信号发射器(1)和回采工作面便携式接收器(2)构成，其中每组信号发射器(1)包括间隔埋设在采空区内的多种传感器，多种传感器分别连接A/D转换器(3)，经A/D转换器(3)与单片机I(4)相连，单片机I(4)上连接有无线收发模块(6)；便携式接收器(2)包括单片机II(5)，分别与单片机II(5)相接的无线收发模块(8)、显示模块(7)、485通讯口(9)及功能按钮(10)。
2.根据权利要求1所述的采空区煤炭自燃无线监测装置，其特征在于所述的多种传 感器为CO浓度传感器(a)、02浓度传感器(b)、CH4浓度传感器(c)和温度度传感器(d)。
3.根据权利要求1所述的采空区煤炭自燃无线监测装置，其特征在于所述的单片机 1(4)的型号为P89LPC932，单片机11(5)的型号为MSP430。
专利摘要一种采空区煤炭自燃无线监测装置，由设在采空区的多组信号发射器和回采工作面便携式接收器构成，其中每组信号发射器包括间隔埋设在采空区内的多种传感器，多种传感器分别连接A/D转换器，经A/D转换器与单片机I相连，单片机I上连接有无线发射模块；便携式接收器包括单片机II，分别与单片机II相接的无线接收模块、显示模块、485通讯口及功能按钮。可通过便携式接收器监测采空区内部的CO、O2、温度、CH4等参数情况，将采空区内的各类待测参数信号变为电信号，通过单片机I对信号进行处理，控制无线收发模块发送，可将便携式接收器的485接口连接到井下分站，通过井下监测监控网络实现对采空区参数的地面实时监测。其电路简单、功耗低、测量精度高，测试方便。
文档编号G01K7/16GK201583519SQ20092023244
公开日2010年9月15日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者刘克功, 吴征艳, 王兰云, 王凯, 王彦凯, 蒋曙光, 邵昊 申请人:中国矿业大学;山西潞安环保能源开发股份有限公司