基于NB-IoT及多传感器的煤堆防自燃监测装置

本实用新型涉及煤堆安全监测技术领域，特别涉及一种基于nb-iot及多传感器的煤堆防自燃监测装置。

背景技术：

我国是一个煤炭大国，火力发电在未来很长的时期内仍将是我国电力的主要来源。在煤炭的流转过程中，选煤厂、煤炭运输港口、火电厂等场所会储存不同规模的煤炭。在堆放时，煤与空气中的氧气发生缓慢的氧化还原反应，放出热量，随着堆放时间的增加，煤堆中煤的温度逐渐升高，产生煤堆自燃的隐患。一旦煤堆自燃，不仅会造成经济损失和资源浪费，还会污染周边环境，因此对煤堆进行防自燃监测意义重大。

现有的煤堆防自燃监测装置一般通过在煤堆的内部设置各类传感器监测其温湿度及各种指标性气体的浓度，当监测数据达到警戒值时及时报警，提示工作人员对煤堆进行阻燃处理，从而达到煤堆防自燃监测的目的。借助近年逐渐成熟的nb-iot(窄带物联网)技术，现有的监测装置能够更方便地实现对储煤场所的低功耗广域覆盖，使得监测装置的实用性和可靠性大幅提升。然而在实际操作中，现有的监测装置大都需要人工将携带传感器的探杆插入煤堆内部，操作费力、传感器易受损且无法将探杆插入煤堆较深处。

技术实现要素：

针对上述情况，本实用新型的目的在于提供一种煤堆防自燃监测装置，该装置能够方便地将传感器模块送至煤堆内部，同时能够保护传感器模块不受损伤，具有很好的实用价值。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

基于nb-iot及多传感器的煤堆防自燃监测装置，包括螺旋钻杆、内嵌筒、传感器模块和封装在控制箱内的控制模块和nb-iot模块，所述螺旋钻杆为空心螺旋钻杆，螺旋钻杆顶部的外侧壁上设有与手持式钻机相匹配的固定槽，螺旋钻杆的下部设有传感器探测孔；所述内嵌筒套设在螺旋钻杆内，且内嵌筒的外径与螺旋钻杆的内径匹配，内嵌筒下部的外侧壁上设有与传感器探测孔相匹配的传感器安装槽，传感器模块设置在传感器安装槽内，且传感器安装槽的深度大于传感器模块的高度；所述控制箱可拆卸连接在螺旋钻杆或内嵌筒的顶端，所述传感器模块和nb-iot模块分别与控制模块电性连接。

所述内嵌筒套设在螺旋钻杆内，保持螺旋钻杆不动，旋转内嵌筒，可使传感器探测孔和传感器安装槽对准或错开。需要将本装置插入煤堆时，旋转内嵌筒使传感器探测孔与传感器安装槽错开，内嵌筒的外壁挡住传感器探测孔，螺旋钻杆的内壁挡住传感器安装槽，这样既可防止螺旋钻杆转动过程中煤粒进入螺旋钻杆内，又可防止煤粒磨损传感器；当螺旋钻杆钻到指定深度后，再旋转内嵌筒使传感器探测孔与传感器安装槽对准，传感器模块与煤堆内部环境直接接触，可正常采集相关数据。另外，可在螺旋钻杆和内嵌筒的上端面分别标示出传感器探测孔和传感器安装槽的径向位置，以便判断传感器探测孔和传感器安装槽的相对位置关系；内嵌筒外壁的上端一小段可与螺旋钻杆的内壁螺纹连接，防止内嵌筒在手持式钻机工作时上下震动。

实际操作时，先将控制箱从螺旋钻杆或内嵌筒的顶端取下，旋转内嵌筒使传感器探测孔与传感器安装槽错开，然后将手持式钻机的输出端连接在螺旋钻杆的顶端，操纵手持式钻机即可将上述携带传感器模块的螺旋钻杆送入煤堆内部，然后取下手持式钻机，旋转内嵌筒使传感器探测孔与传感器安装槽对齐，最后将控制箱重新安装在螺旋钻杆或内嵌筒顶端，本装置即可对煤堆进行监测。通过nb-iot模块，本装置可与远端的服务器通信，将监测数据发送至服务器做进一步分析、处理和存储，有效节省了人力成本。

进一步的，所述传感器探测孔设有五个，传感器安装槽对应设有五个，且五个传感器安装槽分别对应安装有温湿度传感器模块、一氧化碳传感器模块、二氧化碳传感器模块、氧气传感器模块、甲烷传感器模块，从而实现对煤堆内的温湿度及多种指标性气体浓度进行监测。通常情况下，煤堆内部气体环境复杂，除了存在上述指标性气体外，可能还存在h2s、so2等酸性气体，且随着堆放时间的增长，煤堆内部的温湿度变化幅度较大，上述各类传感器模块在选择具体的种类和型号时，应当根据实际情况，选择合适的传感器型号。例如一氧化碳传感器模块，其配置的传感器可选择英国city4cm一氧化碳传感器，该型号的传感器的工作温度范围为-40℃至+55℃，工作湿度范围为15％rh至95％rh，并且自带酸性气体过滤功能，能够在复杂的工作环境下最大程度保证所测数据的精确度。

进一步的，所述内嵌筒的两端是封闭的，防止外部空气通过内嵌筒进入煤堆内，影响监测数据的准确性，同时也可防止外部进入的空气加速煤堆内部的氧化还原反应。实际操作时，为了杜绝上述负面影响，也需将螺旋钻杆外部的煤层压实，防止外部空气从螺旋钻杆钻松的煤层自由进入煤堆内部。

进一步的，内嵌筒的顶端设有外六角固定头。需要转动内嵌筒时，可使用与外六角固定头配套的内六角扳手转动外六角固定头来实现内嵌筒的转动。

进一步的，所述控制箱的底部竖直设置有与外六角固定头相匹配的内六角套筒，控制箱通过内六角套筒安装在内嵌筒的顶端。需要转动内嵌筒时，先取下控制箱，使用内六角扳手转动外六角固定头，完成调整后，再将控制箱装回外六角固定头上即可。

进一步的，所述控制箱上还设置有lcd显示模块，所述lcd显示模块与控制模块电性连接。lcd显示模块方便工作人员在现场直接读取煤堆的实时监测数据，提高本装置的适用性。

进一步的，还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板设置在控制箱的顶部，且与控制模块电性连接。通过太阳能电池板为本装置供电，既节省能源，又省去了更换电源的麻烦。

实际应用时，可根据现场煤堆的形状及长度在不同位置设置多个本装置，以实现对煤堆的全方位监测。

需要说明的是，本装置中控制模块对各个传感器模块、lcd模块以及nb-iot模块的控制方式均采用现有技术实现，另外，与nb-iot技术相关的硬件设置和配套的应用软件均采用现有技术实现，例如nb-iot模块与基站之间的通信方式、物联网云平台的设置、以及与本装置配套的上位机管理系统的设置均采用现有的技术手段实现，在此不做赘述。

本实用新型中还包括能够使该煤堆防自燃监测装置正常使用的其他组件，均属于本领域的常规选择。另外，本实用新型中未加限定的装置或组件均采用本领域中的常规手段，例如，控制模块、nb-iot模块、lcd显示模块、太阳能电池板以及本装置用到的各类传感器模块等均采用常规设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本监测装置的探杆采用了螺旋钻杆的形式，使用手持式钻机可方便的将传感器送至煤堆内部的深处，操作方便省力，具有很好的实用价值。

附图说明

图1为实施例中煤堆防自燃监测装置的结构示意图(传感器探测孔与传感器安装槽对齐状态)。

图2为图1中煤堆防自燃监测装置的半剖图(控制箱未剖开)。

图3为图1中的a-a向视图。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”“上”“下”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅为便于描述，而不是指示或限制所指的装置或元件必须以特定的方位构造和操作。

实施例

如图1-3所示，基于nb-iot及多传感器的煤堆防自燃监测装置，包括螺旋钻杆1、内嵌筒2、传感器模块10和封装在控制箱3内的控制模块和nb-iot模块，所述螺旋钻杆1为空心螺旋钻杆，螺旋钻杆1顶部的外侧壁上设有与手持式钻机相匹配的固定槽4，螺旋钻杆1的下部设有传感器探测孔5；所述内嵌筒2套设在螺旋钻杆1内，且内嵌筒2的外径与螺旋钻杆1的内径匹配，内嵌筒2下部的外侧壁上设有与传感器探测孔5相匹配的传感器安装槽6，传感器模块10设置在传感器安装槽6内，且传感器安装槽6的深度大于传感器模块10的高度；所述控制箱3可拆卸连接在内嵌筒2的顶端，所述传感器模块10和nb-iot模块分别与控制模块电性连接。所述内嵌筒2套设在螺旋钻杆1内，保持螺旋钻杆1不动，旋转内嵌筒2，可使传感器探测孔5和传感器安装槽6对准或错开。

所述传感器探测孔5设有五个，五个传感器探测孔5呈螺旋状沿螺旋钻杆1的底部侧壁均布，传感器安装槽6对应设有五个，且五个传感器安装槽6分别对应安装有温湿度传感器模块、一氧化碳传感器模块、二氧化碳传感器模块、氧气传感器模块、甲烷传感器模块(图中未一一示出)，从而实现对煤堆内的温湿度及多种指标性气体浓度进行监测。

所述内嵌筒2的两端封闭，内嵌筒2的顶端设有外六角固定头7。需要转动内嵌筒2时，可使用与外六角固定头7配套的内六角扳手转动外六角固定头7来实现内嵌筒2的转动。

所述控制箱3的底部竖直设置有与外六角固定头7相匹配的内六角套筒8，控制箱3通过内六角套筒8安装在内嵌筒2的顶端。需要转动内嵌筒2时，先取下控制箱3，使用内六角扳手转动外六角固定头7，完成调整后，再将控制箱3装回至外六角固定头7上即可。

所述控制箱3上还设置有lcd显示模块，所述lcd显示模块与控制模块电性连接。

本装置还包括太阳能电池板9，所述太阳能电池板9设置在控制箱3的顶部，且与控制模块电性连接。

实际操作时，先将控制箱3从内嵌筒2的顶端取下，旋转内嵌筒2使传感器探测孔5与传感器安装槽6错开，然后将手持式钻机的输出端连接在螺旋钻杆1的顶端，操纵手持式钻机即可将上述携带传感器模块10的螺旋钻杆1送入煤堆内部，然后取下手持式钻机，旋转内嵌筒2使传感器探测孔5与传感器安装槽6对齐，最后将控制箱3重新安装在内嵌筒2顶端，本装置即可对煤堆进行监测。通过nb-iot模块，本装置可与远端的服务器通信，将监测数据发送至服务器做进一步分析、处理和存储。

本装置中控制模块对各个传感器模块10、lcd模块以及nb-iot模块的控制方式均采用现有技术实现，另外，与nb-iot技术相关的硬件设置和配套的应用软件均采用现有技术实现，例如nb-iot模块与基站之间的通信方式、物联网云平台的设置、以及与本装置配套的的上位机管理系统的设置均采用现有的技术手段实现，在此不做赘述。

以上已经描述了本实用新型的实施例，以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。