一種煤礦安全監控系統的製作方法
2023-10-07 13:54:59
專利名稱：一種煤礦安全監控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤礦安全生產領域，特別涉及一種煤礦安全監控系統。
背景技術：
隨著煤礦開採逐步向深層、高強度、大規模方向發展，井下作業環境越來越複雜。隨著國家對煤礦安全的治理，煤礦安全有著大幅度的提高，但煤礦井下各種各樣的災害、事故依然存在，形勢還很嚴峻。因此，需要加大礦山安全監察和救護裝備技術的開發。從重、特大事故的類別看，瓦斯事故是影響煤礦安全的主要事故。因此，需要進一步提高煤礦瓦斯安全監控系統及供電系統的穩定性、可靠性及實時性。傳統的礦用安全監控系統具有以下問題(I)傳統的礦用安全監控系統的通信網絡結構、信號傳輸方式無法實現對網絡結構中設備層終端設備(包括分站、傳感器)的工作狀態進行自動識別和故障診斷，終端設備的工作狀態及故障信息不能及時上傳，不能及時對監控系統進行維護和故障處置，無法保證監控系統運行的可靠性。(2)隨著礦井信息化、自動化建設的不斷推進，新型大功率電力電子器件的使用，大功率電器設備的頻繁啟動及無線射頻設備的使用，造成井下電磁環境惡劣，監控系統設備經常受到強電磁幹擾，造成監控系統數據易出現混亂，甚至全系統癱瘓。(3)傳統的礦用安全監控系統普遍採用主從式通信結構，傳感器和分站之間基本採用模擬信號傳輸方式，使監控系統的數據採集與控制的實時性差，分站之間無法實現聯動聯控。系統的危險區域的快速響應不及時、控制動作不可靠。(4)井下電網故障電火花是引發瓦斯爆炸事故的主要因素。在故障電火花產生之前對故障診斷和快速處置，可以有效地防止電氣故障的蔓延擴大而引起瓦斯爆炸事故。但是，傳統的礦用安全監控系統不具備電網故障監測與控制功能。
實用新型內容本實用新型的目的旨在至少解決上述技術問題之一，特別提出一種具有較高的穩定性、可靠性和實時性的煤礦安全監控系統。為達到上述目的，本實用新型的實施例提出一種煤礦安全監控系統，包括多個本質安全型傳感器，所述多個本質安全性傳感器分別與礦用本質安全型監控分站和地面中心站相連，所述多個本質安全型傳感器監測井下多種氣體的指標，並生成對應的監測信號，其中，每個所述本質安全型傳感器與礦用本質安全型監控分站和地面中心站進行通信，自動向所述礦用本質安全型監控分站和地面中心站上報該本質安全型傳感器的屬性和工作狀態；多個所述礦用本質安全監控分站，所述多個礦用本質安全監控分別與多個所述本質安全性傳感器和所述地面中心站相連，所述多個礦用本質安全監控分站接收來自所述多個本質安全型傳感器的監測信號，並根據所述監測信號獲取井下多種氣體的參數值、所述多個本質安全型傳感器的工作狀態和故障信息，以及對井下的環境狀態進行監控，其中，所述多個礦用本質安全型監控分站之間為多主並發，且所述多個礦用本質安全型監控分站之間可以互相通信，每個所述礦用本質安全型監控分站向所述地面中心站自動上報該礦用本質安全型監控分站的工作狀態和故障信息；電網監測器，所述電網檢測器監測井下低壓電網的運行參數，並根據監測到的所述井下低壓電網的運行參數判斷所述井下低壓電網的故障狀態和故障區域，生成電網故障信號，以及監測是否發生違規操作電氣設備，當監測到發生違規操作電氣設備時生成違規操作信號，其中所述電網監測器與所述多個礦用本質安全型監控分站聯動聯控；斷饋電監視器，所述電網監測器與所述電網監測器相連，接收來自所述電網監測器的電網故障信號，並根據所述電網故障信號獲取所述井下低壓電網的故障狀態和故障區域，根據所述井下低壓電網的故障狀態和故障區域切斷髮生故障的故障支路，以及接收來自所述電網監測器的所述違規操作信 號，並根據所述違規操作信號切斷髮生違規操作的設備的上一級電源；區域斷電控制器，所述區域斷電控制器與所述多個礦用本質安全型監控分站相連，所述區域斷電控制器從所述多個礦用本質安全型監控分站獲取所述井下多種氣體的參數值，並顯示所述井下多種氣體的參數值、以及將所述井下多種氣體的參數值分別與對應的氣體閾值進行比較，當井下的一種氣體的參數值高於該氣體的氣體閾值時，發出超限報警並控制對應的設備斷電；以及礦用本質安全型電源，所述礦用本質安全型電源分別與所述多個本質安全型傳感器、所述多個礦用本質安全型監控分站、所述電網監測器、所述電網故障處理裝置、所述斷饋電監視器和所述區域斷電控制器相連，所述礦用本質安全型電源向所述多個本質安全型傳感器、所述多個礦用本質安全型監控分站、所述電網監測器、所述電網故障處理裝置、所述斷饋電監視器和所述區域斷電控制器提供電源。在本實用新型的一個實施例中，所述多個本質安全型傳感器採用CAN總線與所述礦用本質安全型監控分站和地面中心站進行通信。在本實用新型的一個實施例中，所述本質安全型傳感器的屬性包括所述本質安全型傳感器的型號、安裝位置和檢測氣體的類型。在本實用新型的一個實施例中，所述多個礦用本質安全型監控分站之間採用CAN總線進行通信。在本實用新型的一個實施例中，所述多個礦用本質安全型監控分站之間的通信響應時間小於2秒。在本實用新型的一個實施例中，所述礦用本質安全型電源的電壓保護整定值小於或等於21V。在本實用新型的一個實施例中，所述區域斷電控制器的斷電控制時間小於或等於5秒。根據本實用新型實施例的煤礦安全監控系統，可以及時向地面中心站上傳各個設備的工作狀態和故障信息，並在監測到故障時直接在井下完成相應的故障處理，例如區域斷電控制，從而可以提高監測的實時性、穩定性和可靠性，進而為煤礦的安全生產提供有力保障。本實用新型附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
[0018]本實用新型上述的和/或附加的方面和優點從
以下結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為根據本實用新型實施例的煤礦安全監控系統的結構圖。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。參照下面的描述和附圖，將清楚本實用新型的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本實用新型的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本實用新型的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本實用新型的實施例的範圍不受此限 制。相反，本實用新型的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵範圍內的所有變化、修改和等同物。下面參考圖I描述根據本實用新型實施例的煤礦安全監控系統。該煤礦安全監控系統中的各個設備之間採用相互通訊的仲裁機理，並配合網絡層相互關聯、信息分析和相互操作的通信協議。並且，各個設備之間採用對等通信技術，從而各個設備之間具有對等通信高速率如圖I所示，本實用新型實施例提供的煤礦安全監控系統包括多個本質安全型傳感器100、多個礦用本質安全型監控分站200、電網監測器300、斷饋電監視器400、區域斷電控制器500和礦用本質安全型電源600。多個本質安全型傳感器100分別與礦用本質安全型監控分站200和地面中心站700相連，用於監測井下多種氣體的指標，並生成對應的監測信號。其中，井下多種氣體包括甲烷(CH4)、氧氣(O2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)等。其中，每個本質安全型傳感器均可以與礦用本質安全型監控分站200和地面中心站700進行通信，自動向礦用本質安全型監控分站200和地面中心站700上報該本質安全型傳感器的屬性和工作狀態。本質安全型傳感器的屬性包括該本質安全型傳感器的型號、安裝位置和檢測氣體類型等。多個本質安全型傳感器100實時上傳自身設備的狀態信息，從而提高了整個煤礦安全監控系統的監控實時性。在本實用新型的一個實施例中，多個本質安全型傳感器100可以包括礦用數字式高低濃甲烷傳感器和礦用數字式一氧化碳傳感器。其中，礦用數字式高低濃甲烷傳感器用於監測井下的甲烷氣體的指標並生成甲烷監測信號，量程為0-4%、0-40%，具備總線通信功能，可以通過CAN總線與礦用本質安全型監控分站200和地面中心站700進行通信。並且，礦用數字式高低濃甲烷傳感器還具備自動向礦用本質安全型監控分站200和地面中心站700上報傳感器屬性和工作狀態的功能。具體地，礦用本質安全型監控分站200通過CAN總線連接至GEPON網絡設備，將監測數據上傳至地面。同一個GEPON網絡設備下的分站採用CAN總線的方式相互通信。不同GEPON網絡設備下的分站採用GEPON網絡和CAN總線相結合的方式相互通信。礦用數字式一氧化碳傳感器用於監測井下的一氧化碳氣體的指標，並生成一氧化碳監測信號，量程為O-lOOOppm，具備總線通信功能，可以通過CAN總線與礦用本質安全型監控分站200和地面中心站700進行通信。並且，礦用數字式一氧化碳傳感器還具備自動向礦用本質安全型監控分站200和地面中心站700上報傳感器屬性和工作狀態的功能。多個礦用本質安全型監控分站200分別與多個本質安全性傳感器100和地面中心站700相連，用於接收來自多個本質安全型傳感器100的監測信號。例如，一個礦用本質安全型監控分站200可以接收來自礦用數字式高低濃甲烷傳感器的甲烷監測信號，另一個礦用本質安全型監控分站200可以接收來自礦用數字式一氧化碳傳感器的一氧化碳監測信號。然後多個礦用本質安全型監控分站200根據接收到的監測信號獲取井下多種氣體的參數值、多個本質安全型傳感器100的工作狀態和故障信息，並對井下的環境狀態進行監控。其中，多個礦用本質安全型監控分站200之間為多主並發，且多個礦用本質安全型監控分站200之間可以互相通信。其中，多主並發是指根據監測數據及設定條件，監測網絡中的每個礦用本質安全型監控分站200均可由從節點轉化為主節點設備，並且向其他從節 點設備發送指令，從節點設備響應主節點發送的指令。當監測數據不滿足設定條件時，主節點設備自動轉換為從節點設備，響應其他主節點設備發來的指令。在本實用新型的一個實施例中，多個礦用本質安全型監控分站之間採用CAN總線進行通信。並且，多個礦用本質安全型監控分站200之間的通信響應時間小於2秒。每個礦用本質安全型監控分站200向地面中心站700自動上報該礦用本質安全型監控分站200的工作狀態和故障信息。電網監測器300用於監測井下低壓電網的運行參數，並根據監測到的井下低壓電網的運行參數判斷井下低壓電網的運行參數。電網監測器300可以根據監測到的井下低壓電網的運行參數判斷井下是否發生故障，並獲知井下低壓電網的故障狀態及定位故障區域，同時生成電網故障信號。此外，電網監測器300還監測是否發生操作員違規操作電氣設備的情況。當電網監測器300監測到發生操作員違規操作電氣設備時生成違規操作信號。其中，電網監測器300可以與多個礦用本質安全型監控分站200可以實現聯動聯控。斷饋電監視器400與電網監測器300相連，用於接收來自電網檢測器300的電網故障信號。然後斷饋電監視器400根據電網故障信號獲知井下低壓電網的故障狀態，並定位故障區域。斷饋電監視器400根據井下低壓電網的故障狀態和故障區域，快速且及時的切斷髮生故障的故障支路。斷饋電監視器400還接收來自電網監測器300的違規操作信號，並根據違規操作信號，定位到發生違規操作的設備，切斷髮生違規操作的設備的上一級電源，從而可以防止重大電氣事故的發生。區域斷電控制器500與多個礦用本質安全型監控分站200相連，用於從多個礦用本質安全型監控分站200獲取井下多種氣體的參數值，然後通過顯示屏顯示上述井下多種氣體的參數值。區域斷電控制器500將井下多種氣體的參數值分別與對應的氣體閾值進行比較。當井下的一種氣體的參數值高於該氣體的氣體閾值時，則區域斷電控制器500發出超限報警並控制對應的設備斷電。在本實用新型的一個實施例中，區域斷電控制器500的斷電控制時間小於或等於5秒。[0036]礦用本質安全型電源600分別與多個本質安全型傳感器100、多個礦用本質安全型監控分站200、電網監測器300、電網故障處理裝置400、斷饋電監視器500和區域斷電控制器600相連。礦用本質安全型電源600用於向上述多個本質安全型傳感器100、多個礦用本質安全型監控分站200、電網監測器300、電網故障處理裝置400、斷饋電監視器500和區域斷電控制器600提供電源。在本實用新型的一個實施例中，礦用本質安全型電源600的電壓保護整定值小於或等於21V (伏)，額定輸出電流為450mA (毫安)。當煤礦井下發生災變、事故後避難場所現場動力電源破壞或切斷情況下，通過採用該礦用本質安全型電源600可以保證環境監測裝置的正常工作。本實用新型實施例的煤礦安全監控系統的抗電磁幹擾指標滿足GB/T17626. 2規 定的嚴酷等級為3級(接觸放電)的靜電放電抗擾度試驗、GB/T17626.3規定的嚴酷等級為2級的射頻電磁場輻射抗擾度試驗、GB/T17626. 4規定的嚴酷等級為3級的電快速瞬變脈衝群抗擾度試驗、GB/T17626. 5規定的嚴酷等級為3級的浪湧(衝擊)抗擾度試驗的要求。根據本實用新型實施例的煤礦安全監控系統，具有網絡節點設備間多主並發技術，並且各個設備之間具有對等通信高速率、冗餘數據傳輸，在此監控系統網絡中的所有終端設備均帶有自動識別和故障診斷功能，具有工作狀態自識別、故障類型自診斷等功能，實時上傳設備狀態信息，提高了整個監控系統的監控實時性，在井下直接完成區域斷電控制。可以及時向地面中心站上傳各個設備的工作狀態和故障信息，並在監測到故障時直接在井下完成相應的故障處理，例如區域斷電控制，從而可以提高監測的實時性、穩定性和可靠性，進而為煤礦的安全生產提供有力保障。本實用新型實施例的煤礦安全監控系統的平均無故障時間可以不小於1000小時。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求1.一種煤礦安全監控系統，其特徵在於，包括 多個本質安全型傳感器，所述多個本質安全性傳感器分別與礦用本質安全型監控分站和地面中心站相連，所述多個本質安全型傳感器監測井下多種氣體的指標，並生成對應的監測信號，其中，每個所述本質安全型傳感器與礦用本質安全型監控分站和地面中心站進行通信，自動向所述礦用本質安全型監控分站和地面中心站上報該本質安全型傳感器的屬性和工作狀態； 多個所述礦用本質安全監控分站，所述多個礦用本質安全監控分別與多個所述本質安全性傳感器和所述地面中心站相連，所述多個礦用本質安全監控分站接收來自所述多個本質安全型傳感器的監測信號，並根據所述監測信號獲取井下多種氣體的參數值、所述多個本質安全型傳感器的工作狀態和故障信息，以及對井下的環境狀態進行監控，其中，所述多個礦用本質安全型監控分站之間為多主並發，且所述多個礦用本質安全型監控分站之間可以互相通信，每個所述礦用本質安全型監控分站向所述地面中心站自動上報該礦用本質安全型監控分站的工作狀態和故障信息； 電網監測器，所述電網檢測器監測井下低壓電網的運行參數，並根據監測到的所述井下低壓電網的運行參數判斷所述井下低壓電網的故障狀態和故障區域，生成電網故障信號，以及監測是否發生違規操作電氣設備，當監測到發生違規操作電氣設備時生成違規操作信號，其中所述電網監測器與所述多個礦用本質安全型監控分站聯動聯控； 斷饋電監視器，所述電網監測器與所述電網監測器相連，接收來自所述電網監測器的電網故障信號，並根據所述電網故障信號獲取所述井下低壓電網的故障狀態和故障區域，根據所述井下低壓電網的故障狀態和故障區域切斷髮生故障的故障支路，以及接收來自所述電網監測器的所述違規操作信號，並根據所述違規操作信號切斷髮生違規操作的設備的上一級電源； 區域斷電控制器，所述區域斷電控制器與所述多個礦用本質安全型監控分站相連，所述區域斷電控制器從所述多個礦用本質安全型監控分站獲取所述井下多種氣體的參數值，並顯示所述井下多種氣體的參數值、以及將所述井下多種氣體的參數值分別與對應的氣體閾值進行比較，當井下的一種氣體的參數值高於該氣體的氣體閾值時，發出超限報警並控制對應的設備斷電；以及 礦用本質安全型電源，所述礦用本質安全型電源分別與所述多個本質安全型傳感器、所述多個礦用本質安全型監控分站、所述電網監測器、所述電網故障處理裝置、所述斷饋電監視器和所述區域斷電控制器相連，所述礦用本質安全型電源向所述多個本質安全型傳感器、所述多個礦用本質安全型監控分站、所述電網監測器、所述電網故障處理裝置、所述斷饋電監視器和所述區域斷電控制器提供電源。
2.如權利要求I所述的煤礦安全監控系統，其特徵在於，所述多個本質安全型傳感器包括 礦用數字式高低濃甲烷傳感器，用於監測井下的甲烷氣體的指標，並生成甲烷監測信號；和 礦用數字式一氧化碳傳感器，用於監測井下的一氧化碳氣體的指標，並生成一氧化碳監測信號。
3.如權利要求I或2所述的煤礦安全監控系統，其特徵在於，所述多個本質安全型傳感器採用CAN總線與所述礦用本質安全型監控分站和地面中心站進行通信。
4.如權利要求I所述的煤礦安全監控系統，其特徵在於，所述本質安全型傳感器的屬性包括所述本質安全型傳感器的型號、安裝位置和檢測氣體的類型。
5.如權利要求I所述的煤礦安全監控系統，其特徵在於，所述多個礦用本質安全型監控分站之間採用CAN總線進行通信。
6.如權利要求5所述的煤礦安全監控系統，其特徵在於，所述多個礦用本質安全型監控分站之間的通信響應時間小於2秒。
7.如權利要求I所述的煤礦安全監控系統，其特徵在於，所述礦用本質安全型電源的電壓保護整定值小於或等於21V。
8.如權利要求I所述的煤礦安全監控系統，其特徵在於，所述區域斷電控制器的斷電控制時間小於或等於5秒。
專利摘要本實用新型提出一種煤礦安全監控系統，包括多個本質安全型傳感器用於監測井下多種氣體的指標並生成對應的監測信號；多個礦用本質安全型監控分站用於獲取井下傳感器的監測數據、工作狀態和故障信息、對井下的環境狀態進行監控；電網監測器用於監測井下低壓電網的運行參數並判斷井下低壓電網的故障狀態和故障區域；斷饋電監視器用於根據電網故障信號獲取井下低壓電網的故障狀態和故障區域，切斷髮生故障的故障支路；區域斷電控制器，用於將井下多種氣體的參數值分別與對應的氣體閾值進行比較，發出超限報警並控制對應的設備斷電；礦用本質安全型電源。本實用新型可以提高監測的實時性、穩定性和可靠性，進而為煤礦的安全生產提供有力保障。
文檔編號G05B19/418GK202472370SQ201220003140
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者王鵬, 肖成, 魏峰 申請人:煤炭科學研究總院