一种采空区自燃危险区域无线监测系统及方法

本发明涉及一种采空区自燃危险区域无线监测系统，属于煤矿安全设备。

背景技术：

1、煤自燃是矿井的主要灾害之一，严重威胁着煤矿人员安全以及造成重大的经济损失，目前开发了大量的采空区自燃检测系统，如专利申请号为“202111504763.6”的“一种矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警系统”、专利申请号为“202210340436.x”的“一种采煤条件下采空区遗煤自燃程度评估方法及系统”等系统，虽然可以一定程度满足使用的需要，但当前的检测、评价系统在运行中，由于地质环境因素干扰，导致布设在采空区中的检测用传感器、摄像头等设备往往需要通过复杂的电路、通讯线路进行连接，并最终实现与地表设置的监控系统间建立数据连接，从而导致采空区内检测设备施工布设难度大，易受环境影响而导致检测点布设位置受限，不能有效实现对采空区全面监控作业的需要，同时也导致当前的监控系统结构复杂，安装、维护作业难度、劳动强度均相对较大，并易因数据线等限制而导致数据通讯距离首先，从而影响数据通讯效率和通讯效率，且往往无法有效满足远程监控作业的需要。

2、于是，发明人有鉴于此，秉持多年该相关行业丰富的实验检测工作经验，针对采空区检测作业的需要，提供一种采空区自燃危险区域无线监测系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种采空区自燃危险区域无线监测系统，该发明设备结构集成化、模块化程度高，操作灵活方面，装配及维护便捷，一方面可精确对采空区内环境参数进行检测，从而全面获得采空区内环境状态参数，及时发现火灾隐患，同时能够降低测试人员的作业强度，提高整个监测过程的效率，对危险区域进行精确划分，保证了井下工作人员的安全；另一方面在运行中，有效克服了地质结构对通讯信号的干扰，有效的提高了采空区内数据无线传输的可靠性和稳定性，同时也有效克服了传统检测系统进行数据通讯时需要构建负载的通讯网络的弊端，提供通讯系统的环境适应性，并简化了通讯系统结构，提高通讯系统的抗故障能力。

2、为实现上述目的，本发明提供一种采空区自燃危险区域无线监测系统，其具体结构包括：

3、一种采空区自燃危险区域无线监测系统，包括现场数据采集终端、无线通讯节点、无线通讯基站、智能通讯网关、远程预警数据告警终端，其中现场数据采集终端若干，分别位于待检测的采空区内，并沿采空区方向均布，同时无线通讯节点若干，分别位于待检测的采空区及与采空区连通的矿井结构内，同时每个现场数据采集终端一侧5—30厘米范围内均设至少一个无线通讯节点，剩余的各无线通讯节点沿采空区方向均布，同时相邻两无线通讯节点之间间距为5—100米，无线通讯基站至少一个，位于待检测的采空区对应的地表范围内，无线通讯基站一方面与无线通讯节点间建立无线数据通讯连接；另一方面与智能通讯网关间通过无线通讯网络及在线通讯网络建立数据连接，智能通讯网关与远程预警数据告警终端间通过通讯网络建立数据连接，且远程预警数据告警终端另通过通讯网络与外部第三方通讯系统建立数据连接。

4、进一步的，所述现场数据采集终端包括检测基座、定位柱、引流管、检测传感器组、驱动电池组、电热丝、基于zigbee的无线通讯模块、接线端子及驱动电路，其中所述检测基座为轴向截面呈矩形的柱状腔体结构，所述检测基座外侧面设与至少三条环绕其轴线均布的定位柱连接，所述定位柱上端面与检测基座外侧面通过弹性铰链铰接，其轴线与检测基座轴线呈0°—60°夹角，同时定位柱下端面位于检测基座下端面相仿至少5厘米处，所述引流管为与检测基座轴线平行分布的空心管状结构，所述引流管嵌于检测基座内，且其上端面和下端面分别位于检测基座上端面、下端面外，同时引流管下端面的管壁内设至少一条与其同轴分布的电热丝，同时引流管内设检测传感器组，所述电热丝和检测传感器组均与驱动电路电气连接，所述驱动电池组、基于zigbee的无线通讯模块及驱动电路均位于检测基座内，且驱动电路另与驱动电池组、接线端子及基于zigbee的无线通讯模块电气连接，同时所述基于zigbee的无线通讯模块与无线通讯节点间建立无线数据连接，此外所述接线端子至少一个并嵌于检测基座外侧面。

5、进一步的，所述引流管下端面管径为上端面管径的30％—90％，同时引流管内设置的检测传感器组包括但不限于氧气传感器、一氧化碳传感器、甲烷传感器、温湿度传感器中的任意一种或几种共用。

6、进一步的，所述无线通讯节点包括承载基座、定位锚杆、主通讯天线、辅助通讯天线、基于zigbee的无线通讯模块、晶振时钟电路、信号放大电路、驱动电池组、驱动电路、接线端子，其中所述承载基座为密闭腔体结构，所述基于zigbee的无线通讯模块、晶振时钟电路、信号放大电路、驱动电池组、驱动电路均位于承载基座内，且所述驱动电路分别与基于zigbee的无线通讯模块、晶振时钟电路、信号放大电路、驱动电池组电气连接，同时所述基于zigbee的无线通讯模块另分别与主通讯天线、辅助通讯天线电气连接，驱动电路对应的承载基座侧壁设接线端子，并与接线端子间电气连接，同时所述承载基座下端面通过连接槽与至少一条定位锚杆连接，所述定位锚杆与承载基座下端面垂直分布，同时所述主通讯天线、辅助通讯天线均至少一条，其中所述辅助通讯天线嵌于承载基座外侧面，并为与承载基座同轴分布的环状结构，所述主通讯天线与承载基座上端面铰接，且主通讯天线轴线与承载基座上端面呈0°—180°夹角。

7、进一步的，所述承载基座包括硬质承载箱、防护箱盖、柔性防护套、承载弹簧柱、调节螺栓、绝缘托架，其中所述硬质承载箱为横断面呈“凵”字形箱体结构，硬质承载箱上端面通过柔性防护套、承载弹簧柱与防护箱盖连接并构成闭合腔体结构，所述硬质承载箱内设绝缘托架，并通过绝缘托架与基于zigbee的无线通讯模块、晶振时钟电路、信号放大电路、驱动电池组、驱动电路连接，所述绝缘托架为横断面呈“冂”字形框架结构，与硬质承载箱连接并与硬质承载箱同轴分布，所述硬质承载箱上端面设至少四个环绕硬质承载箱轴线均布并与硬质承载箱轴线平行分布的调节螺孔，同时每个调节螺孔均与一条调节螺栓连接，所述调节螺栓上端面与承载弹簧柱连接并同轴分布，且调节螺栓通过承载弹簧柱与防护箱盖下端面连接，所述柔性防护套为与硬质承载箱同轴分布的空心柱状结构，其下端面与硬质承载箱上端面连接，上端面与防护箱盖下端面连接，且柔性防护套包覆在承载弹簧柱、调节螺栓外，并与硬质承载箱、防护箱盖构成闭合腔体结构。

8、进一步的，所述基于zigbee的无线通讯模块包括zigbee无线通讯模块、编码译码模块、数据缓存模块、数据总线、mos电路，所述zigbee无线通讯模块至少两个，各zigbee无线通讯模块间相互并联，并通过数据总线与数据缓存模块、编码译码模块、mos电路及驱动电路电气连接，其中所述mos电路另分别与数据缓存模块、编码译码模块、驱动电路及主通讯天线、辅助通讯天线电气连接。

9、进一步的，所述远程预警数据告警终端包括数据服务器、现场操控终端、移动操控终端，其中所述数据服务器通过通讯网络与智能通讯网关建立数据连接，同时通过通讯网络分别与现场操控终端、移动操控终端建立数据连接，其中所述现场操控终端至少一个，所述移动操控终端若干，且各移动操控终端另通过无线通讯节点、无线通讯基站建立无线数据连接。

10、进一步的，所述现场操控终端为工业计算机、pc计算机中的任意一种或两种共用；移动操控终端为移动智能通讯终端设备。

11、一种采空区自燃危险区域无线监测系统的使用方法，包括如下步骤：

12、s1,系统配置，首先对构成本发明的现场数据采集终端、无线通讯节点、无线通讯基站、智能通讯网关、远程预警数据告警终端进行装配，其中在配置时，将各现场数据采集终端直接与采空区的岩壁间连接定位，并使现场数据采集终端的引流管轴线与水平面垂直分布，然后沿采空区轴线方向上在采空区及与采空区连通的矿井结构内依次设置无线通讯节点，同时在采空区对应的地表位置处设置至少一个现场数据采集终端，然后使得各无线通讯节点间相互建立无线数据通讯连接，同时一方面使无线通讯节点中的至少一个与无线通讯基站建立数据连接；另一方面使得各现场数据采集终端分别与至少一个无线通讯节点建立无线通讯连接，最后将无线通讯基站通过智能通讯网关与远程预警数据告警终端间建立数据连接，同时由智能通讯网关分别为各现场数据采集终端、无线通讯节点、无线通讯基站及远程预警数据告警终端分配通讯地址并协调通讯协议；

13、s2，风险检测检测，完成s1步骤后，首先由各现场数据采集终端的检测传感器组对环境温度进行检测，获得当前采空区的温度参数；然后由传感器组对流经引流管的气流中的可燃气体成分及浓度进行检测，获得易燃气体数据；

14、s3，数据传出，现场数据采集终端采集的数据首先发送至其周围的至少一个无线通讯节点，然后由无线通讯节点沿采空区及与采空区连通的矿井结构轴线方向进行数据接力传递并直至传输至无线通讯基站，然后由无线通讯基站将接收的数据通过智能通讯网关传送至远程预警数据告警终端，由远程预警数据告警终端对接收的各现场数据采集终端的检测数据分别显示输出，并在数据显示输出时同步匹配各现场数据采集终端的通讯地址，从而全面获得采空区各位置点的环境参数。

15、与现有技术相比，本发明设备结构集成化、模块化程度高，操作灵活方面，装配及维护便捷，一方面可精确对采空区内环境参数进行检测，从而全面获得采空区内环境状态参数，及时发现火灾隐患，同时能够降低测试人员的作业强度，提高整个监测过程的效率，对危险区域进行精确划分，保证了井下工作人员的安全；另一方面在运行中，有效克服了地质结构对通讯信号的干扰，有效的提高了采空区内数据无线传输的可靠性和稳定性，同时也有效克服了传统检测系统进行数据通讯时需要构建负载的通讯网络的弊端，提供通讯系统的环境适应性，并简化了通讯系统结构，提高通讯系统的抗故障能力。