矿井爆炸监测报警与控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种矿井爆炸监测报警与控制系统。所述系统主要包括信息处理服务器、报警装置、通信网络、抑爆灭火设备、气体浓度监测装置及各类环境监测装置；所述系统可监测瓦斯爆炸引起的烟雾、温度等多种数据的变化，并通过气体浓度监测装置对标志气体浓度进行监测、根据监测得到的数据对矿井爆炸进行报警，并自动抑爆灭火，减少人员伤亡，降低瓦斯爆炸造成的损失。所述系统克服了传统爆炸监控所采用的瓦斯监测等方法存在的反应慢、误报率和漏报率高等缺点，大大提高了报警准确度，为煤矿安全生产提供重要保障。

Mine explosion monitoring, alarming and controlling system

The invention discloses a monitoring, alarming and controlling system for a mine explosion. The system mainly includes the information processing server, alarm device, communication network, explosion suppression, fire fighting equipment, gas concentration monitoring device and all kinds of environmental monitoring device; the system can monitoring the change of gas explosion caused by the smoke, temperature and other data, and through the gas concentration monitoring device for gas concentration monitoring, signs of alarm according to the monitoring data of mine explosion, explosion suppression and automatic fire extinguishing, reduce casualties and reduce the loss caused by the gas explosion. The system overcomes the defects of traditional monitoring by the explosion of gas monitoring methods such as slow response, false positives and false negatives disadvantages, greatly improve the alarm accuracy, provide an important guarantee for the safe production of coal mine.

【技术实现步骤摘要】
矿井爆炸监测报警与控制系统
本专利技术涉及一种矿井爆炸监测报警与控制系统，该系统涉及传感器技术、激光技术、光谱分析技术、信号处理技术等领域。
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、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。我国煤矿重特大事故死亡人数，瓦斯事故占66.5％，矿井火灾、瓦斯煤尘爆炸事故，一氧化碳中毒窒息死亡人数高达80％。如果能在矿井爆炸早期实现探测与抑爆，对及时准确抑制爆炸，减小爆炸影响范围，减少人员伤亡，降低瓦斯爆炸造成的损失具有重要意义。目前防治矿井爆炸事故的方法主要是监测井下瓦斯浓度，但瓦斯浓度超限仅仅是引起矿井爆炸的必要条件之一，如果不具备瓦斯爆炸的其他条件，即使瓦斯浓度超限也不会引起爆炸，而且由于甲烷传感器安装于易爆现场附近，当爆炸发生时易造成直接损害，无法再采集数据，所以传统的瓦斯监测报警方式，在爆炸发生前并不能准确预警，在爆炸发生后也不能准确报警，也无法实现自动抑爆。除瓦斯监测法以外，基于烟雾、温度、震动等特征的瓦斯爆炸监测方法也得到了应用，但由于监测的数据及方法仍比较单一，报警准确度并不十分理想。因此需要一种新的矿井爆炸监测报警与控制系统，以满足煤矿安全生产要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种矿井爆炸监测报警与控制系统，可监测瓦斯爆炸引起的部分气体浓度、风速、风向、声音、烟雾、温度、空气压力、震动、声音、光的变化，根据监测得到的数据对矿井爆炸进行抑制，减小爆炸影响范围。所述系统主要包括气体浓度监测装置、微震监测装置、空气压力监测装置、爆炸音监测装置、火球监测装置、温度监测装置、风速监测装置、风向监测装置、烟雾监测装置、信息处理服务器、报警装置、通信网络、抑爆灭火设备；信息处理服务器负责所有监测数据的采集、处理和存储，当监测到气体浓度数据、微震数据、空气压力数据、声音数据、火球监测数据、温度数据、风速数据、风向数据和烟雾监测数据异常及装置故障符合报警条件，则通过报警装置发出声光报警，通过通信网络发送爆炸报警信息，并通过抑爆灭火设备进行抑爆灭火。1.所述系统进一步包括：系统的气体浓度监测装置为气体浓度遥感装置；气体浓度遥感装置主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元和显示单元；气体浓度遥感装置采用开放气室，可对环境中多种气体浓度进行遥感监测；气体浓度遥感装置具有激光测距功能。2.所述系统进一步包括：气体浓度遥感装置采用下述方法进行不同距离区域的气体浓度监测：装置在同一点发射不同方向的两束激光，对不同距离的反射点A和B进行测量；设测得反射点A的距离为LA，气体平均浓度为MA，测得反射点B的距离为LB，气体平均浓度为MB，则A点到B点距离区域的气体浓度可用近似表示。3.所述系统进一步包括：气体浓度遥感装置采用下述扫描监测方法进行扫描监测：气体浓度遥感装置的激光发射器发射不同方向的激光束进行气体浓度和距离监测，获得气体浓度、距离和发射方向组成的数据序列，经处理后得到不同距离区域的气体浓度。4.所述系统进一步包括：气体浓度遥感装置的激光发射器采用可自动调节发射方向的激光发射器，控制处理单元以扫描监测方式控制激光发射器发射方向，进行不同方向气体浓度和距离监测。5.所述系统进一步包括：气激光发射器通过激光源产生激光，一个激光源可产生用于探测多种气体的激光。6.所述系统进一步包括：激光发射器通过激光源产生激光，激光发射器包括多个激光源，每个激光源用于产生探测一种气体的激光。7.所述系统进一步包括：气体浓度遥感装置采用下述方法进行三维空间区域的气体浓度监测：气体浓度遥感装置在同一点发射不同方向的激光束对不同距离的反射点进行测量，获得发射点距各反射点的距离；以发射点为参考点，对反射点距离和激光发射方向数据进行处理，得到各反射点的坐标数据，根据所有反射点坐标数据，获得三维空间模型，将通过运算得到的不同距离区域的气体浓度与三维空间模型相对应，获得三维空间区域的气体浓度。8.所述系统进一步包括：气体浓度遥感装置的激光发射器激光源采用可调谐半导体激光器；可调谐半导体激光器受控制处理单元控制，发出不同波长的激光；激光接收器接收反射回来的激光，将激光信号转换为电信号，控制处理单元处理电信号，得到相应的气体浓度。9.所述系统进一步包括：气体浓度遥感装置的激光发射器可发出CO、CO2、O2、CH4和NOX分子吸收峰值的不同波长的激光。10.所述系统进一步包括：系统的火球监测装置包括视频监视设备。11.所述系统进一步包括：系统的烟雾监测装置包括视频监视设备。12.所述系统进一步包括：系统的风向监测装置和风速监测装置包括一体化超声波风向风速传感器。13.所述系统进一步包括：系统的抑爆灭火设备包括惰性气体喷射设备。14.所述系统进一步包括：系统的抑爆灭火设备包括岩粉喷射设备。15.所述系统进一步包括：系统的抑爆灭火设备包括洒水喷淋设备。16.所述系统进一步包括：系统中设置在爆炸性环境中的设备均为防爆型设备。附图说明图1矿井爆炸监测报警系统组成示意图。图2矿井爆炸监测报警系统工作流程图。图3气体浓度遥感装置实施方案1原理示意图。图4气体浓度遥感装置实施方案2原理示意图。图5气体浓度遥感装置实施方式2准直器排列结构示意图。图6气体浓度遥感装置三维空间区域浓度监测示意图。图7气体浓度遥感装置工作流程图。具体实施方式图1为矿井爆炸监测报警系统组成示意图，所述系统组成包括：1.信息处理服务器(1)：负责对各传感器数据进行存储，并监测气体浓度数据、微震数据、空气压力数据、声音数据、火球监测数据、温度数据、风速数据、风向数据和烟雾监测数据变化及装置故障，通过分析数据变化和故障信息发出报警信号。2.报警装置(2)：由信息处理服务器控制发出声光报警，与信息处理服务器通过RS232接口连接通信。3.监控设备(3)：为生产管理人员提供数据查询和生产监控服务，由信息处理服务器提供现场数据,具有警报显示和GIS服务功能。4.核心交换机(4)：负责所有接入矿用以太网的设备的管理和数据交换，与井下交换机(5)通过光纤连接，通信网络设备包括核心交换机(4)、井下交换机(5)和数据分站(6)。5.井下交换机(5)：负责数据分站的接入和数据交换，通过光纤与各井下交换机以环网方式连接。6.数据分站(6)：负责各监测装置的接入和数据交换，与井下交换机(5)通过光纤连接。7.气体浓度监测装置(7)：采用气体浓度遥感装置，采用开放气室，可对环境中多种气体浓度进行遥感监测，具有激光测距功能。8.微震监测装置(8)：负责采集振动信号，并将信号数字化，再将数字化得到的数据传输至数据分站(6)，可采用BOSCH数字式三轴加速度传感器BMA250，SPI接口输出通过RS485模块连接数据分站(6)。9.空气压力监测装置(9)：用于监测巷道差压采集空气压力数据，可采用GPD10型煤矿用负压传感器，通过RS485接口模块连接数据分站(6)。10.爆炸音监测装置(10)：用于采集监测声音数据，当监测到爆炸音则输出开关信号到数据分站(6)，可采用主要由LM393和驻极体话筒组成的声音传感器，可调节触发灵敏度以监测爆炸音。11.火球监测装置(11)：用于监测爆炸产生的火球，可通过摄像机采集视频图像，也可采用红外线成像仪或紫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井爆炸监测报警与控制系统，其特征在于：系统主要包括气体浓度监测装置、微震监测装置、空气压力监测装置、爆炸音监测装置、火球监测装置、温度监测装置、风速监测装置、风向监测装置、烟雾监测装置、信息处理服务器、报警装置、通信网络、抑爆灭火设备；信息处理服务器负责所有监测数据的采集、处理和存储，当监测到气体浓度数据、微震数据、空气压力数据、声音数据、火球监测数据、温度数据、风速数据、风向数据和烟雾监测数据异常及装置故障符合报警条件，则通过报警装置发出声光报警，通过通信网络发送爆炸报警信息，并通过抑爆灭火设备进行抑爆灭火。

【技术特征摘要】
1.一种矿井爆炸监测报警与控制系统，其特征在于：系统主要包括气体浓度监测装置、微震监测装置、空气压力监测装置、爆炸音监测装置、火球监测装置、温度监测装置、风速监测装置、风向监测装置、烟雾监测装置、信息处理服务器、报警装置、通信网络、抑爆灭火设备；信息处理服务器负责所有监测数据的采集、处理和存储，当监测到气体浓度数据、微震数据、空气压力数据、声音数据、火球监测数据、温度数据、风速数据、风向数据和烟雾监测数据异常及装置故障符合报警条件，则通过报警装置发出声光报警，通过通信网络发送爆炸报警信息，并通过抑爆灭火设备进行抑爆灭火。2.如权利要求1所述的监测报警与控制系统，其特征在于：系统的气体浓度监测装置为气体浓度遥感装置；气体浓度遥感装置主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元和显示单元；气体浓度遥感装置采用开放气室，可对环境中多种气体浓度进行遥感监测；气体浓度遥感装置具有激光测距功能。3.如权利要求2所述的气体浓度遥感装置，其特征在于：气体浓度遥感装置采用下述方法进行不同距离区域的气体浓度监测：装置在同一点发射不同方向的两束激光，对不同距离的反射点A和B进行测量；设测得反射点A的距离为LA，气体平均浓度为MA，测得反射点B的距离为LB，气体平均浓度为MB，则A点到B点距离区域的气体浓度可用近似表示。4.如权利要求2所述的气体浓度遥感装置，其特征在于：气体浓度遥感装置采用下述扫描监测方法进行扫描监测：气体浓度遥感装置的激光发射器发射不同方向的激光束进行气体浓度和距离监测，获得气体浓度、距离和发射方向组成的数据序列，经处理后得到不同距离区域的气体浓度。5.如权利要求2所述的气体浓度遥感装置，其特征在于：气体浓度遥感装置的激光发射器采用可自动调节发射方向的激光发射器，控制处理单元以扫描监测方式控制激光发射器发射方向，进行不同方向气体浓度和距离监测。6.如权利要求2所述的气体浓度遥感装置，其特征在于：激光发射器通过激光源产生激光，一个激光源可产生用于探测多种气体...

【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