[发明专利]一种面向综采工作面的网络化瓦斯无线监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及矿井监控的技术领域，尤其涉及一种面向综采工作面的网络化瓦斯无线监控系统。

背景技术

当前我国的煤矿安全生产形式十分严峻。随着开采深度的不断延伸，各煤矿的煤层瓦斯含量呈上升趋势，部分低瓦斯矿井延伸至高瓦斯区，由此造成矿井高产高效与高瓦斯涌出量的矛盾越来越突出，瓦斯事故成为影响煤矿安全生产的主要事故。从瓦斯产生的根源看，煤矿瓦斯主要是在开采过程中溢出的，综采工作面瓦斯浓度最高，而综采工作面条件具有特殊性，因此研究面向综采工作面的瓦斯监控系统，实时监测工作面瓦斯浓度，对减少煤矿安全生产事故的发生具有重要意义。

近年来，为预防煤矿瓦斯事故发生，国内外许多科研单位研制了一系列瓦斯监控系统，如KJ90煤矿安全综合监控系统，KJ83煤矿监控系统，KJF2000煤矿安全监控系统等，这些监控系统对煤矿安全监控起到了较大作用。但这些系统中，瓦斯传感器和监控分站之间主要采用有线传输，而煤矿综采工作面生产条件十分恶劣，设备线缆众多，易燃易爆，电磁环境复杂。随着综采工作面的延伸，现有的瓦斯监控系统主要是针对回风巷瓦斯浓度的基于有线传感器网络的监控系统，对综采工作面瓦斯浓度的监测主要是参数就地监测显示，不具有设备自动控制与联网功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络化瓦斯无线监控系统，可以实现对综采工作面瓦斯浓度的实时监控与分析。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种面向综采工作面的网络化瓦斯无线监控系统，包括：上隅角无线瓦斯传感器、无线基站、无线/CAN/工业以太网网关、无线/CAN/以太网监测分站以及无线手持采集仪；其中，上隅角无线瓦斯传感器将测量的甲烷数值通过无线基站的无线信号经无线中继，发送到无线/CAN/工业以太网网关，当网关接收到无线数据后，将无线数据组成CAN总线数据包，通过CAN总线发送给所述的监测分站，监测分站根据采集到的上隅角无线瓦斯传感器的数值，判断是否对采煤机进行断电控制，同时通过采集开停传感器的数值来判断断电是否成功。

监测分站具备数据存储功能，在井下可以通过数据读写器读取其内容，在井上可以将数据读写器中的数据导入计算机，便于上位机分析上隅角甲烷浓度趋势及采煤机工作状态。

监测分站具有手动、自动复电功能。

上隅角无线瓦斯传感器由无线网络通讯模块、瓦斯传感器测量模块、瓦斯敏感元件及供电电池组成；测量模块将采集的数据封包，通过I/O总线连接器与无线网络通信模块连接，进行数据交换。

采用Zigbee无线传感器网络通信组网技术。

本发明的有益效果：采用无线传感器网络技术，可以实现对综采工作面瓦斯浓度的实时监控与分析。在工作面瓦斯浓度超限时，及时启动断电设备对采煤机、掘进机进行断电，同时发出告警信息，通过无线手持采集仪，采集瓦斯浓度数据，并进行分析预测。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的无线传感器网络系统结构图；

图2为本发明的无线传感器节点结构图；

图3为本发明的无线传感器网络协议栈结构图；

图4为本发明面向综采工作面的网络化瓦斯无线监控系统的系统图。

具体实施方式

本发明是基于无线传感器网络技术的面向综采工作面的矿井瓦斯监控系统。无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合智能信息系统，无线传感器网络就是部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络的网络系统，其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。

从上述定义可以看出，传感器，感知对象和观察者是传感器网络的三个基本要素。这三个要素之间通过无线网络建立通信路径，协作地感知、采集、处理、发布感知信息。

在无线传感器网络中，节点任意散落在被监测区域内，除了感测特定的对象，还进行简单的计算并维持互相之间的网络连接。传感器网络具有自组织的功能，单个节点经过初始的通信和协商，形成一个传输信息的多跳网络。每个传感网络装备有一个连接到传输网络的网关，传输网络是由一个单跳链接或一系列的无线网络节点组成的。网关通过这个传输网络把感测数据从传感区域发送到提供远程连接和数据处理的分站，分站再通过手持采集仪把数据存到系统数据库。最后采集到的数据经过分析、挖掘后通过一个界面提供给终端用户。