一种煤矿安全监控系统的制作方法

1.本实用新型涉及安全监测技术领域，尤其涉及一种煤矿安全监控系统。


背景技术：

2.煤矿安全监控系统主要用来监测煤矿井下甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主要通风机开停等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。
3.煤矿井下人员定位系统主要监测井下人员位置，具有携卡人员位置及时刻、出/入井时刻、重点区域出/入时刻、限制区域出/入时刻、超层越界起/止时刻、临近老空区起/止时刻、临近煤与瓦斯突出危险区起/止时刻、临近冲击地压危险区起/止时刻、工作时间/滞留时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、存储、查询、报警、管理等功能。
4.为提高煤矿安全监控系统准确性、灵敏性、可靠性、稳定性和易维护性，增强煤矿安全保障能力，国家煤矿安监局2016年12月29日发布《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》，从传输数字化、增强抗电磁干扰能力、推广应用先进传感技术及装备、提升传感器的防护等级、完善报警、断电等控制功能、支持多网、多系统融合、格式规范化、增加自诊断、自评估功能、加强数据应用分析、应急联动、提升系统性能指标、增加加密存储要求、方便用户使用、维护、培训等十三个方面对煤矿安全监控系统提出了全新的要求。
5.现有行业内的安全监控系统主要存在以下缺点：1)不支持安全监控业务与人员定位业务的井下融合；2)安全监控分站和人员定位分站不能实现完全融合；3)中心站与分站断网情况下，分站不能独立工作。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种煤矿安全监控系统，解决了现有技术中煤矿安全监控系统不能融合安全监控功能和人员定位功能的技术问题，实现了安全监控功能和人员定位功能分别管理或者融合两者的功能。
7.本实用新型提供了一种煤矿安全监控系统，包括井上中心站、井下综合分站、传感器、断电器、读卡器、信息矿灯、人员标识卡、车辆标识卡中至少一种，所述井上中心站和所述井下综合分站连接并采用工业环网通讯，所述井下综合分站和所述传感器连接并采用rs485通讯，所述井下综合分站和所述读卡器连接并采用can总线通讯，所述井下综合分站通过矿用电缆连接所述断电器，所述本安型信息矿灯通过无线通信方式与所述读卡器进行双向通信，所述人员标识卡和所述车辆标识卡通过无线通信方式与所述读卡器进行通信；
8.所述井下综合分站采用插卡式设计，包括井下安全监控模块、井下人员定位模块、背板、智能电源、液晶显示屏、井下主控模块、井下交换机模块，所述安全监控模块和所述人员定位模块共用所述背板、所述智能电源、所述液晶显示屏、所述井下主控模块、所述井下交换机模块；
9.所述井上中心站包括监控主机、监控备机，所述监控主机和所述监控备机通过工业环网与所述井下安全监控模块通讯。
10.在本实用新型的实施例中，所述井下主控模块与所述安全监控模块、所述井下人员定位模块、所述井下交换机模块通过所述背板连接，所述背板设置有小于或者等于7个功能插槽，所述井下主控模块与所述液晶显示屏通过排线连接。
11.在本实用新型的实施例中，所述井下主控模块和所述井下安全监控模块采集的rs485信号送入所述井下交换机模块，再由所述井下交换机模块进行光电转换后对外传输。
12.在本实用新型的实施例中，所述井下综合分站通过一根14芯的所述矿用电缆与所述智能电源进行连接，由所述智能电源直接与所述井下综合分站的其他分站、所述传感器、所述断电器、所述读卡器、广播终端连接并供电，或者所述井下综合分站采用所述矿用电缆穿过喇叭嘴连接所述井下综合分站及其他分站、所述传感器、所述断电器、所述读卡器、广播终端分别对应的连接端子再进行供电。
13.在本实用新型的实施例中，所述智能电源、所述传感器、所述断电器的通讯电缆通过所述喇叭嘴接入所述井下综合分站，所述通讯电缆接在所述井下综合分站的箱体内两侧的接线排上。
14.在本实用新型的实施例中，所述井下主控模块通过1路所述rs485采集所述智能电源的数据，所述井下安全监控模块通过2路所述rs485采集所述传感器的数据，所述传感器为数字信号传感器，所述井下人员定位模块通过所述can总线外接小于或等于4个所述读卡器。
15.在本实用新型的实施例中，所述井下综合分站采用2路所述rs485进行通信，每路可接小于或等于13台所述rs485的通信设备，所述rs485的通信设备包括8个所述传感器、4个所述断电器以及1个声光报警器。
16.在本实用新型的实施例中，所述井下综合分站与所述读卡器的有线通信距离为小于或等于2km；
17.所述井下综合分站、所述读卡器与所述人员标识卡及所述车辆标识卡之间的无线通信距离为小于或者等于400m，其中，所述井下综合分站采用射频通信方式与所述人员标识卡进行通信，通信的距离为小于或等于250m。
18.在本实用新型的实施例中，所述井下综合分站的通信口的每路能连接小于或者等于3台所述智能电源，当交流电断电时，所述井下综合分站配合电源箱能继续再工作4个小时。
19.在本实用新型的实施例中，所述读卡器是本安型读卡器，所述信息矿灯是本安型信息矿灯。
20.与现有技术相比，本实用新型的一个或多个实施例可以具有如下优点：
21.本实用新型通过构建井上中心站和井下综合分站，并设置传感器、断电器、读卡器、信息矿灯、标识卡，各部分采用有线或无线的方式进行连接或通讯，在井下综合分站采用插卡式设计，使得井下安全监控模块和井下人员定位模块可以安装在同一个分站中，并在井上中心站安装可以分别管理或者融合两者功能的管理软件，这样硬件支持和软件支持结合在一起，从而实现了安全监控功能和人员定位功能分别管理或者融合两者的功能，提升了煤矿安全监控系统的管理能力，提升了煤矿管理效率，无需2套系统分开搭建，减少了
井下设备的数量，降低了设备维护工作量，从而降低了部署2套系统的搭建成本。
22.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
23.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例共同用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
24.图1是本实用新型实施例1的煤矿安全监控系统主要组成的逻辑框架示意图；
25.图2是本实用新型实施例1的煤矿安全监控系统的井下综合分站主要组成的逻辑框架示意图。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本实用新型作进一步地详细说明，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。
27.第一实施例
28.图1是本实施例的煤矿安全监控系统主要组成的逻辑框架示意图；
29.图2是本实施例的煤矿安全监控系统的井下综合分站主要组成的逻辑框架示意图。
30.本实施例提供了一种煤矿安全监控系统，包括井上中心站、井下综合分站、传感器、断电器、读卡器、本安型信息矿灯、人员标识卡、车辆标识卡中至少一种，井上中心站中还包括系统软件，系统软件为安全监控功能和人员定位功能分别管理或者融合两者功能的管理软件。
31.井上中心站和井下综合分站连接并采用工业环网通讯，进一步的，工业环网包括以太环网，井下综合分站和传感器连接并采用rs485通讯，井下综合分站和读卡器连接并采用can总线通讯，井下综合分站通过矿用电缆连接断电器，本安型信息矿灯通过无线通信方式与读卡器进行双向通信，人员标识卡和车辆标识卡通过无线通信方式与读卡器进行通信；
32.具体地，在本实施例中，井下综合分站通过各传感器采用rs485通讯获取井下各环境信息，包括矿井下甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、风压、温度、烟雾情况、馈电状态、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停状态、主要通风机开停状态等，井上中心站获取各种信息后通过安装的系统软件实现甲烷超限声光报警，井下综合分站通过矿用电缆连接断电器，再通过系统软件控制断电器实现断电和甲烷风电闭锁控制功能；此外，读卡器通过无线通信方式与人员标识卡及车辆标识卡进行通信获取人员和车辆的定位信息，井下综合分站采用can总线方式与读卡器通讯获取读卡器中人员和车辆的实时位置，以及获取携卡人员或车辆的位置及时刻、出/入井时刻、重点区域出/入时
刻、限制区域出/入时刻、超层越界起/止时刻、临近老空区起/止时刻、临近煤与瓦斯突出危险区起/止时刻、临近冲击地压危险区起/止时刻、工作时间/滞留时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等信息，系统软件还能实现监测、显示、打印、存储、查询、报警、管理等功能，井上中心站与井下综合分站连接并采用工业环网中的以太环网通讯获取井下综合分站中各信息，并根据各信息采取对应的各种措施，从而实现安全监控功能和人员定位功能分别管理或者融合两者功能的管理。
33.具体地，在本实施例中，井上中心站包括监控主机、监控备机、数据库集群服务器，监控主机和监控备机通过工业环网与井下安全监控模块通讯，一种实现方式中，数据库集群服务器可以采用3台monogodb数据库集群模式搭建而成，并且，数据库集群服务器可以采用主从模式来构建，数据集群服务器中的主数据库节点和从数据库节点可以自动同步业务数据，这样，当主数据库节点出现故障时，该数据库集群服务器可以自动切换至从数据库节点，实现数据读写的无缝切换。
34.井上中心站中还包括系统软件，系统软件为安全监控功能和人员定位功能分别管理或者融合两者功能的管理软件，其中，系统软件应用uwb超宽带高精度定位技术，采用toa算法进行定位，定位精度高，覆盖距离远。进一步地，在本实施例中，系统软件的定位精度为大于或等于0.3米。其中监控主机和监控备机中都安装有系统软件，数据库集群服务器用于储存各类数据，并供监控主机和监控备机调用。
35.具体地，在本实施例中，井下综合分站采用插卡式设计，包括井下安全监控模块、井下人员定位模块、背板、智能电源、液晶显示屏、井下主控模块、井下交换机模块，安全监控模块和人员定位模块共用背板、智能电源、液晶显示屏、井下主控模块、井下交换机模块。
36.具体地，在本实施例中，井下综合分站的各模块分装在箱盖和箱体内上，井下主控模块与安全监控模块、井下人员定位模块、井下交换机模块通过背板连接，进一步地，背板设置有小于或者等于7个功能插槽，井下主控模块与液晶显示屏通过排线连接。
37.在本实施例中，井下综合分站通过一根14芯的矿用电缆与智能电源进行连接，由智能电源直接与井下综合分站的其他分站、传感器、断电器、读卡器、广播终端连接并供电，或者井下综合分站采用矿用电缆穿过喇叭嘴连接井下综合分站及其他分站、传感器、断电器、读卡器、广播终端分别对应的连接端子再进行供电。在本实施例中，智能电源、传感器、断电器的通讯电缆通过喇叭嘴接入井下综合分站，通讯电缆接在井下综合分站的箱体内两侧的接线排上。
38.在本实施例中，井下综合分站的通信口的每路能连接小于或者等于3台智能电源，当交流电断电时，井下综合分站配合电源箱能继续再工作4个小时。
39.在本实施例中，井下主控模块通过1路rs485采集智能电源的数据，井下安全监控模块通过2路rs485采集口采集传感器的数据，传感器为数字信号传感器，
40.在本实施例中，井下综合分站具有2路rs485通信口与下级设备通信，每路可接小于或等于13台rs485的通信设备，rs485的通信设备包括8个传感器、4个断电器以及1个声光报警器。
41.在本实施例中，井下主控模块和井下安全监控模块采集的rs485信号送入井下交换机模块，再由井下交换机模块进行光电转换后对外传输。
42.在本实施例中，井下综合分站有一个can总线接口连接人员定位的读卡器，井下人
员定位模块通过can总线外接小于或等于4个读卡器，进一步地，井下综合分站与读卡器的有线通信距离为小于或等于2km。
43.在本实施例中，读卡器接收标识卡发出的无线人员编码信号、向信号覆盖区域内的所有标识卡进行“群呼”、向信号覆盖区域内的某张标识卡进行“寻呼”、与标识卡测距及精确定位。井下综合分站、读卡器与人员标识卡及车辆标识卡之间的无线通信距离为小于或者等于400m，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。其中，井下综合分站采用射频通信方式与人员标识卡进行通信，通信的距离为小于或等于250m。
44.各井下综合分站之间可以通过工业环网相互通讯，综合分站保存井上中心站下发的各种配置策略，包括报警、断电等。在本实施例中，当井上中心站与井下综合分站的通讯中断的情况下，井下综合分站依然能够独立工作，完成报警、异地断电等操作，通讯恢复正常后，井下综合分站能将存储的数据补充再传送到井上中心站。
45.在本实施例中，本安型信息矿灯具有定位和照明功能，具有唯一id编号，具有一般标识卡功能，具有紧急求救、撤离提示、呼叫提示、声光报警和电池欠压指示等功能，与读卡器测距及精确定位。与读卡分站、读卡器进行无线双向通信。在紧急情况上可以向地面监控中心发射紧急求救信号，地面对其进行解救。
46.人员标识卡均为ip65防护等级产品，即使在矿井井下恶劣的气候条件下，除了人为损坏以外，能够保证产品的高可靠性，能够保证个人位置的发射、传递的绝对正确。
47.车辆标识卡可以安装在井下车辆中，使用机车输入dc 9-24v供电。
48.本实施例的煤矿安全监控系统具有以下优点：
49.1)系统同时提供安全监控业务功能和人员定位业务功能，通过井下综合分站实现安全监控与人员定位的井下融合。井下综合分站中包含安全监控模块和人员定位模块，两个模块共用背板、主控板、电源，能够进行井下应急联动。当安全监控模块发生重要报警时，会立即通知人员定位模块进行声光报警，提高报警效率。
50.2)系统可以通过配置实现三种模式部署，分别为：单独的安全监控系统、单独的人员定位系统、安全监控和人员定位融合的系统。
51.3)井下综合分站的部署，可以大大减少井下设备的部署和维护工作量。井下综合分站设备占用的空间、电源供电、连接线缆等都由原有的两套系统合并为一套系统。
52.4)系统软件为安全监控和人员定位业务融合的管理软件，在一套软件中可以同时监测安全监控业务数据和人员定位业务数据。
53.5)井上中心站与井下综合分站断网情况下，井下综合分站能独立工作，完成报警、异地断电等操作。通讯恢复正常后，井下综合分站能将存储的数据补充传送到井上中心站。
54.6)井下监控分站内置交换模块，不用另外单独配置交换机，就可以实现多种方式组网，系统布置灵活。
55.7)井下综合分站采用插卡式设计，背板上设计7个功能插槽，可以安装主控模块、安监模块、人员定位模块、交换机模块。可以根据需要配置不同数量的安监模块和人员定位模块。
56.综上所述，本实施例通过构建井上中心站和井下综合分站，并设置传感器、断电器、读卡器、信息矿灯、标识卡，各部分采用有线或无线的方式进行连接或通讯，在井下综合分站采用插卡式设计，使得井下安全监控模块和井下人员定位模块可以安装在同一个分站
中，并在井上中心站安装可以分别管理或者融合两者功能的管理软件，这样硬件支持和软件支持结合在一起，从而实现了安全监控功能和人员定位功能分别管理或者融合两者的功能，提升了煤矿安全监控系统的管理能力，提升了煤矿管理效率，无需2套系统分开搭建，降低了2套系统的搭建成本。
57.虽然本实用新型公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所述技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，本实用新型的保护范围并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。