矿井灾害应急通信与监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种矿井灾害应急通信与监控系统。该系统包括无线节点设备、监控设备、井下无线终端设备等设备；无线节点设备一般处于省电状态；当矿井下发生灾害事故时，无线节点设备组成应急无线通信网络，为井下无线终端设备提供通信服务。该系统能够避免在灾害发生时由于通信、供电电缆的损坏而导致井上与井下的通信中断，保证在井下灾害发生后，可以为井下被困人员和救援人员提供可靠的通信和定位服务，同时可监控井下现场情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种矿井灾害应急通信与监控系统，该系统涉及传感器技术、无线通信技术等领域。
技术介绍
煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。井下通讯联络系统是煤矿“六大安全避险系统”之一，是煤矿安全生产的重要保障。现有井下通讯联络系统主要包括有线调度系统、移动通信系统、广播系统、救灾系统、透地通信系统。当井下发生瓦斯突出、瓦斯爆炸、冲击地压、冒顶、水灾、火灾等事故时，会对井下巷道内的各种通信设备、通信线缆、供电线缆以及井下监控设备造成破坏，所以有线调度系统、移动通信系统、广播系统易受灾害事故影响无法使用。救灾通信系统由灾后救援人员携带的无线通信系统，可在灾后一定范围内实现通信，但对于救援人员无法到达的区域仍无法通信。透地通信系统是基于低频透地通信技术的通信系统，事故影响小，抗灾能力强，但透地通信的发送设备和发送天线体积大成本高，所以透地通信一般采用单向广播通信方式，井下人员只能接收井上的信息，不能发送信息，只有在井下有限数量的硐室才可配有发射设备，发生事故后井上仍无法获知不在硐室内的井下人员情况和现场情况，所以透地通信系统也无法满足矿井应急通信需要。为保证井下人员的生命安全并解决以上问题，需要新的应急无线通信与监控系统，能够避免在灾害发生时由于通信、供电电缆的损坏而导致井上与井下的通信中断，保证在井下灾害发生后，可以为井下被困人员和救援人员提供可靠的通信和定位服务，同时可监控井下现场情况。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种矿井灾害应急通信与监控系统。所述系统主要包括无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备和井下无线终端设备；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备内置电池；需应急通信时，无线节点设备采用无线多跳通信方式组成应急无线通信网络，监控设备、语音设备、监视设备、显示设备和井下无线终端设备通过无线节点设备接入应急无线通信网络实现通信；应急通信可由监控设备、语音设备、监视设备、显示设备发起，也可由井下无线终端设备和井上的通信设备发起；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备默认处于省电工作状态，处于省电工作状态的各设备可被相邻的其它设备激活，监控设备、语音设备、监视设备和显示设备还可定时自动激活；语音设备还可被手动激活；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、
显示设备处于省电工作状态时，只接收无线信号不发送无线信号；当处于省电工作状态的设备被激活进入正常工作状态后，具有完整的发送接收功能，无线节点设备还具有完整的组网功能；被激活的设备完成此次工作通信后，自动进入省电工作状态。1.所述系统进一步包括：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备底部紧贴安装平面固定，外壳剖面应具有以下特征，侧面呈流线型，顶部没有锐角或直角，底部与顶部交界角为锐角；底部材料采用具有良好导热特性的材料；无线节点设备的顶部材料采用没有无线信号屏蔽作用的耐高温隔热材料；无线节点设备外壳具有防水功能。2.所述系统进一步包括：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备安装于巷道侧壁或顶部和井筒壁，也可安装于巷道侧壁或顶部井筒壁牢固的且在巷道使用期内永久性保留的附属设施上。3.所述系统进一步包括：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备内置电池可使用原电池也可使用蓄电池。4.所述系统进一步包括：当无线节点设备被相邻设备激活时，如需上行通信，无线节点设备则激活上行通信方向上的相邻无线节点设备，通过接力方式逐级激活上行方向上的所有无线节点设备，完成通信所需链路的网络环境组建；当系统需下行通信时，同样采用接力激活方式激活通信所需的所有无线节点设备，完成通信所需的网络环境组建；当此次通信完成后，各无线节点设备自动进入省电工作状态。5.所述系统进一步包括：监控设备包括温度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器、氧气传感器、空气压力传感器、湿度传感器、水浸传感器。6.所述系统进一步包括：如监控设备处于省电工作状态，当井上设备需采集井下的特定区域的环境数据时，首先需激活应急无线通信网络，通过此区域的无线节点设备激活其通信范围内的监控设备，监控设备将自动与井上设备建立数据链路，井上设备可通过特定指令控制监控设备采集相应的数据，当数据采集完成后监控设备通过数据链路将数据上传至井上设备；被激活的设备完成此次工作通信后，自动进入省电工作状态。7.所述系统进一步包括：语音设备包括呼叫按钮及语音采集和语音放大模块，呼叫按钮用于紧急呼救，当呼叫按钮被按下后，语音设备如处于省电工作状态，则被手动激活，语音设备自动通过被激活的应急无线通信网络与井上设备建立数据传输链路，并通过语音采集模块采集语音信号，通过语音放大模块播放语音信号，实现双向语音通信；被激活的设备完成此次工作通信后，自动进入省电工作状态。8.所述系统进一步包括：如监视设备处于省电工作状态，当井上设备需采集井下特定区域的视频或图像数据时，首先需激活应急无线通信网络，通过此区域的无线节点设备激活
其通信范围内的监视设备，监视设备将自动与井上设备建立数据链路，并通过数据链路将采集到的数据上传至井上设备；被激活的设备完成此次工作通信后，自动进入省电工作状态。9.所述系统进一步包括：监控设备和监视设备内置定时器，当处于处于省电工作状态，可根据设定的定时时间自动激活，采集环境数据或视频图像数据，并自动通过激活的应急无线通信网络与井上设备建立数据传输链路，通过链路将所采集数据上传；被激活的设备完成此次工作通信后，自动进入省电工作状态。10.所述系统进一步包括：显示设备用于显示接收到的图形和文本信息；显示设备具有查询按钮，查询按钮用于查询接收到的图形或文本。11.所述系统进一步包括：井下无线终端设备包括手机、定位卡、具有无线通信功能的矿灯、具有无线通信功能的便携仪器和其它具有无线通信功能的设备。附图说明图1矿井灾害应急通信与监控系统实施示意图1。图2矿井灾害应急通信与监控系统实施示意图2。图3无线节点等设备安装和剖面结构示意图。图4无线节点设备原理组成示意图。图5监控设备原理组成示意图。图6语音设备原理组成示意图。图7监视设备原理组成示意图。图8显示设备原理组成示意图。图9井下的无线移动终端设备发起通信的系统工作流程图。图10井下设备上传数据的系统工作流程图。图11井上设备呼叫井下的无线移动终端设备通信的系统工作流程图。具体实施方式所述通信与监控系统的具体实施方式1如图1所示，组成包括：1.监控终端(101)，通过无线通信网络与井下无线移动终端设备(106)双向通信。2.交换机(102)，负责所有接入以太网的设备的数据交换，同时负责无线通信网络的建立与管理。3.无线节点设备(103)，负责组建无线通信网络；默认处于省电工作状态，可被无线
移动终端设备(105)和相邻的其它设备激活进入正常工作状态，在通信完成后自动返回省电工作状态。4.(104)包括：井下监控设备、语音设备、监视设备或显示设备。5.无线移动终端设备(105)，包括手机、定位卡、具有无线通信功能的矿灯、具有无线通信功能的便携仪器和其它具有无线通信功能的设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井灾害应急通信与监控系统，其特征在于：所述系统主要包括无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备和井下无线终端设备；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备内置电池；需应急通信时，无线节点设备采用无线多跳通信方式组成应急无线通信网络，监控设备、语音设备、监视设备、显示设备和井下无线终端设备通过无线节点设备接入应急无线通信网络实现通信；应急通信可由监控设备、语音设备、监视设备、显示设备发起，也可由井下无线终端设备和井上的通信设备发起；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备默认处于省电工作状态，处于省电工作状态的各设备可被相邻的其它设备激活，监控设备、语音设备、监视设备和显示设备还可定时自动激活；语音设备还可被手动激活；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备处于省电工作状态时，只接收无线信号不发送无线信号；当处于省电工作状态的设备被激活进入正常工作状态后，具有完整的发送接收功能，无线节点设备还具有完整的组网功能；被激活的设备完成此次工作通信后，自动进入省电工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种矿井灾害应急通信与监控系统，其特征在于：所述系统主要包括无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备和井下无线终端设备；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备内置电池；需应急通信时，无线节点设备采用无线多跳通信方式组成应急无线通信网络，监控设备、语音设备、监视设备、显示设备和井下无线终端设备通过无线节点设备接入应急无线通信网络实现通信；应急通信可由监控设备、语音设备、监视设备、显示设备发起，也可由井下无线终端设备和井上的通信设备发起；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备默认处于省电工作状态，处于省电工作状态的各设备可被相邻的其它设备激活，监控设备、语音设备、监视设备和显示设备还可定时自动激活；语音设备还可被手动激活；无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备处于省电工作状态时，只接收无线信号不发送无线信号；当处于省电工作状态的设备被激活进入正常工作状态后，具有完整的发送接收功能，无线节点设备还具有完整的组网功能；被激活的设备完成此次工作通信后，自动进入省电工作状态。2.如权利要求1所述的应急通信与监控系统，其特征在于：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备底部紧贴安装平面固定，外壳剖面应具有以下特征，侧面呈流线型，顶部没有锐角或直角，底部与顶部交界角为锐角；底部材料采用具有良好导热特性的材料；无线节点设备的顶部材料采用没有无线信号屏蔽作用的耐高温隔热材料；无线节点设备外壳具有防水功能。3.如权利要求1所述的应急通信与监控系统，其特征在于：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备安装于巷道侧壁或顶部和井筒壁，也可安装于巷道侧壁或顶部井筒壁牢固的且在巷道使用期内永久性保留的附属设施上。4.如权利要求1所述的应急通信与监控系统，其特征在于：无线节点设备、监控设备、语音设备、监视设备、显示设备内置电池可使用原电池也可使用蓄电池。5.如权利要求1所述的应急通信与监控系统，其特征在于：当无线节点设备被相邻设备激活时，如需上行通信，无线节点设备则激活上行通信方向上的相邻无线节点设备，通过接力方式逐级激活上行方向上的所有无线节点设备，完成通信所需链路的网络环境组建；当系统需下行通信时，同样采用接力激活方式激活通信所需的所有无线节点设备，完成通信所需的网络环境组建；当此次通信完成后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11