專利名稱：煤礦采掘全狀態(tài)中的工作個體檢測尋蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬應(yīng)用在煤炭作業(yè)中的煤礦采掘全狀態(tài)中的工作個體檢測尋蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在近代煤礦采掘工業(yè)中，采掘人員的個人安全是非常重要的環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)中，采 掘人員的個人安全必須在各種災(zāi)變情況下受到嚴(yán)格的保護(hù)。在目前的條件下，井下都建立 了完整的通訊網(wǎng)絡(luò)，如RFID電子標(biāo)簽系統(tǒng)和PHS小靈通定位技術(shù)。正常工作時，該系統(tǒng)可 實施動態(tài)電子考勤；災(zāi)變時如系統(tǒng)在工作，則可在第一時間將個人大致位置可以通過通訊 傳遞到井上，使井上在事故的第一時間可知道井巷中的人員狀況，其工作方式如圖1所示。 目前，上述兩種方式均運(yùn)行在煤炭采掘的工作之中，并發(fā)揮了顯著的作用，產(chǎn)生了明顯的效 果。但是現(xiàn)行系統(tǒng)所暴露的問題是PHS與RFID系統(tǒng)雖解決了井下通信的問題，但經(jīng)過長 時間運(yùn)行，也暴露了許多不足，尤其在災(zāi)變情況下，問題更加突出，問題較明顯的為1)因 井下站部分為集中供電，正常時工作無問題，但當(dāng)災(zāi)變發(fā)生時，電源供電中斷或電源信號線 被扯斷時，系統(tǒng)則無法工作而陷入癱瘓。2)個體尋蹤時，定位不準(zhǔn)確，而且系統(tǒng)能讀的僅只 是形體存在的有無，但在災(zāi)變情況下，井下人員的個體生命特征信息無法探知，不能分輕重 緩急實施對井下救助。3)小靈通使用時的開關(guān)火花存在引爆瓦斯的危險。4)緊急情況下， 由于小靈通密集使用，引起信道阻塞，信息傳遞不暢，延誤緊急通知和救助。根據(jù)在最近的 一次大型礦難中調(diào)查，經(jīng)國家安監(jiān)局定論，災(zāi)變前，由于緊急通知，使用密集，小靈通信道阻 塞，致使部分人員撤退延誤；災(zāi)變后，井下信息系統(tǒng)因電源中斷癱瘓而不知井下人員狀況。 兩種情況，是導(dǎo)致人員過多傷亡的主要原因之一。而且，在瓦斯突出的情況下，也不排除小 靈通的使用引起了瓦斯爆炸。因此，急需有一種新型的井下通信系統(tǒng)對原有系統(tǒng)實施更新， 該系統(tǒng)應(yīng)能在井下正常、故障即全狀態(tài)情況下，能正常工作。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述所在問題，本實用新型的目的在于提供一種采用了脈搏檢測和傳送 技術(shù)，并首次應(yīng)用在煤炭作業(yè)中的煤礦采掘全狀態(tài)中的工作個體檢測尋蹤系統(tǒng)。本實用新 型是用如下方式實現(xiàn)的一種煤礦采掘全狀態(tài)中的工作個體檢測尋蹤系統(tǒng)，其特征在于 它由單體信息采集傳送器1、互遞中繼2、井下站3、地面站4和上位機(jī)5組成；該單體信息 采集傳送器1含個人脈跳檢測，分腕帶式或頭盔嵌入式兩種，內(nèi)置電池與微型數(shù)據(jù)系統(tǒng)佩 帶于井下人員；互遞中繼2按要求的定位分辨率均勻嵌裝在采掘巷與主巷的壁上；地面站4 一端連接上位機(jī)5連接地面總站，另一端再連接井下站3，這樣就構(gòu)成了主干連接。本實用 新型的優(yōu)點是1.采用了藍(lán)牙技術(shù)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的近、遠(yuǎn)距無線傳輸，并分離單體采集與數(shù) 據(jù)互遞。2.對井下人員的行蹤及狀態(tài)可作在線檢測，并上報動態(tài)。3.無供電和數(shù)據(jù)總線連 接，在斷電情況下，系統(tǒng)能正常工作，保證事故發(fā)生后，能順利實施救助。4.當(dāng)災(zāi)變發(fā)生時， 在第一時間，能得到井下人員的生命動態(tài)數(shù)據(jù)及大致位置，使人員得到及時救助。5.當(dāng)中繼 災(zāi)變而移位、翻滾，不影響中繼繼續(xù)工作。


[0004]圖1是背景技術(shù)中井下兩種常用定位方式示意圖。[0005]圖2是本實用新型全狀態(tài)通信的結(jié)構(gòu)示意圖。[0006]圖3是本實用新型全狀態(tài)個體檢測、尋蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0007]圖4是本實用新型單體信息采集傳送器電原理圖。[0008]圖5是本實用新型單體采集器外形圖。[0009]圖6是本實用新型腕帶式采集器外形圖。[0010]圖7是本實用新型安全帽內(nèi)嵌式采集器的結(jié)構(gòu)示意圖。[0011]圖8是本實用新型傳遞中繼電原理圖。[0012]圖9是本實用新型互遞中繼外形圖。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參照附圖，本實用新型可隨時檢 測每個井下工作人員的脈跳是否正常。為達(dá)到獨(dú)立監(jiān)控的目的，設(shè)計了一單體信息采集傳 送器1，該單體信息采集傳送器1分腕帶式或頭盔嵌入式兩種，內(nèi)置電池與微型數(shù)據(jù)系統(tǒng)， 井下人員佩帶后，可隨時采集配帶者的脈跳信息，該信息由與配帶者鄰近的互遞中繼2所 采集，并經(jīng)中繼互遞，傳送到地面總站。與之相配，該方案還設(shè)計了一款井下終端，即傳遞 中繼，該中繼的作用有三1.工作在模式一，中繼之間互遞數(shù)據(jù)，溝通上位-終端；2.工作 在模式二，每臺中繼讀取就近單體信息采集傳送器1的數(shù)據(jù)；3.在工作面的中繼還檢測瓦 斯數(shù)據(jù)(選用)，及時報警。工作時，三種方式交替轉(zhuǎn)換。中繼工作時，電源獨(dú)立，采用的是 5-10Ah的鋰電池自行供電；數(shù)據(jù)互遞為射頻傳輸，無須傳遞線。各采巷信號傳輸?shù)街飨?，?巷繼續(xù)射頻傳輸，最后到井下站3匯總，井下站3通過有線傳輸?shù)降孛嬲?，地面站4再送 到上位機(jī)5作整體數(shù)據(jù)處理。中繼電源能維持25-40天的工作，可以反復(fù)上井充電，重復(fù)使 用。這樣，當(dāng)井下一但斷電或中繼發(fā)生近距離位移、翻滾，不影響數(shù)據(jù)的采集與傳輸，保證了 系統(tǒng)在井下全狀態(tài)下，能順利使用。其使用如圖2所示。該系統(tǒng)在井下作如下布置，將互遞中繼2按要求的定位分辨率均勻嵌裝在采掘巷 與主巷的壁上，將中繼的射頻距離調(diào)至到僅與相鄰中繼可作互遞，傳到井口調(diào)度，再連接井 下站3，這樣就完成了主干連接。再調(diào)整單體信息采集傳送器1的射頻距離，使之最大傳送 距僅為兩只中繼能同時接受，則最大分辨率可做到兩中繼距的一半，這個分辨率在5-500 米可調(diào)，其示意如圖3所示。工作原理、工作過程如下煤礦采掘全狀態(tài)中的工作個體檢測尋蹤系統(tǒng)由單體信息采集傳送器1、互遞中繼 2、井下站3、地面站4和上位機(jī)5組成，后三者為常規(guī)配置，在此不做描述，只對前兩部分作 詳細(xì)介紹。單體信息采集傳送器1 單體信息采集傳送器1是一個小型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它由 脈跳檢測、數(shù)據(jù)處理、射頻傳輸及電源組成，其電氣原理框圖如圖4所示。其工作原理為脈跳檢測D3通過人體腕部或頭部接觸，獲得脈跳信息，此信號經(jīng) D3內(nèi)部放大整形，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)D3信號輸出接到D1的P2. 2腳，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得出脈跳參數(shù)，該參數(shù)再經(jīng)程序處理，送到D2的DIN腳，由D1的P0. 2，P0. 4，P0. 5分別對D2工 作、收/發(fā)、頻道實施分時控制，將脈跳數(shù)據(jù)發(fā)送到就近的互遞中繼2互遞。CR2477電池的 容量為900mAh，工作時間為15-25天，可以反復(fù)充電工作。整個單體信息采集傳送器1封裝在一 25 X 20 X 12mm的一次性樹脂密封體內(nèi)，重量 約為40g，背部為脈跳感應(yīng)面，底部留有電池封裝位與初始化數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口。一但電池入位 及采集器初始化完成，便進(jìn)行熱融膠封裝，以防爆防水。其外形如圖5.所示。單體信息采集傳送器1的配帶分兩種形式，其一是腕帶式，即在采集器上裝兩條扣式腕帶，配帶時腕扣相連，將感應(yīng)面緊貼手 (腳)腕的脈跳部，便可采集工作。其外形如圖6.所示。其二為安全帽嵌入式，即在安全帽的腦部圍箍上的太陽穴部位嵌上采集器，在安 全配帶時，便可采集到脈跳信息。按安監(jiān)局最新規(guī)定，井下安全帽今后將設(shè)計為鎖扣式，下 井人員必須強(qiáng)制配帶，并無法自摘，這樣將很方便脈跳采集。安全帽內(nèi)嵌式采集器如圖7所
7J\ o互遞中繼2與單體信息采集傳送器1類似，互遞中繼2也是一個小型的數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)，它僅只由數(shù)據(jù)處理、射頻傳輸及電源組成，其電氣原理框圖如圖8所示。其工作原理為D1為98C52單片機(jī)，D2為nRF401射頻芯片，D1的收發(fā)腳(P3. 0， P3. 1)分別與D2的發(fā)收腳(DOUT, DIN)相連，D1的P1. 2，PL 3，PL 4分別連接D2的工作/ 待機(jī)模式腳PWR-UP，頻道選擇腳CS，發(fā)送/接收模式腳TXEN。工作時，按程序指令，D1通過 5腳發(fā)出不同的編排組，互遞中繼2就既可以接受單體信息采集傳送器1的信號，又可互遞 信息，成功的完成井下工作。D3為5-10Ah的鋰電池，對D1、D2供電，在常態(tài)工作時，能連續(xù) 工作25-40天。電池可以上井充電反復(fù)工作，如電池耗盡，中繼停止工作。由于互遞續(xù)斷，上 位會立即從界面觀察中得知，可及時通知相關(guān)人到位更換，以保證系統(tǒng)完整、獨(dú)立的工作。 與單體信息采集傳送器1相同，整個中繼封裝在一 120 X 90 X 15mm的一次性樹脂密封體內(nèi)， 重量約為200g，底部留有電池封裝位與初始化數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口。一但電池入位及中繼初始化 完成，便進(jìn)行熱融膠封裝，以防爆防水防震。其外形如圖9所示。定位跟蹤分辨率定位跟蹤分辨率是井下信息工作系統(tǒng)的重要指標(biāo)，該系統(tǒng)在 人員無須操作的情況下，通過單體信息采集傳送器1與中繼的互通掌握，其定位分辯率為 5-500米。其原理為如確定分辨率為50米，通過調(diào)試整定，讓互遞中繼2的傳送距離為110 米，相互的定位距離為100米，則相鄰中繼可以信息互遞；同樣，通過調(diào)試整定，讓單體信息 采集傳送器1的傳送距離定為60米，這樣，如單體信息采集傳送器1信號為一個中繼所接 收，則可知攜器人員就在該中繼的50米附近；如為兩個中繼接收，但不可同時為3個中繼接 收，則可知攜器人員就在兩個中繼中間點的50米內(nèi)附近，這些定點狀況可以在上位機(jī)5屏 上作出顯示，可以簡單、明確地了解井下人員的狀態(tài)、位置情況。
權(quán)利要求一種煤礦采掘全狀態(tài)中的工作個體檢測尋蹤系統(tǒng)，其特征在于它由單體信息采集傳送器[1]、互遞中繼[2]、井下站[3]、地面站[4]和上位機(jī)[5]組成；該單體信息采集傳送器[1]含個人脈跳檢測，分腕帶式或頭盔嵌入式，內(nèi)置電池與微型數(shù)據(jù)系統(tǒng)佩帶于井下人員；互遞中繼[2]按要求的定位分辨率均勻嵌裝在采掘巷與主巷的壁上；地面站[4]一端連接上位機(jī)[5]連接地面總站，另一端再連接井下站[3]，這樣就構(gòu)成了主干連接。
專利摘要一種煤礦采掘全狀態(tài)中的工作個體檢測尋蹤系統(tǒng)。屬應(yīng)用在煤炭作業(yè)中的煤礦采掘全狀態(tài)中的工作個體檢測尋蹤系統(tǒng)。目的是提供一種采用了脈搏檢測和傳送技術(shù)，并首次應(yīng)用在煤炭作業(yè)中的煤礦采掘全狀態(tài)中的工作個體檢測尋蹤系統(tǒng)。特征是它由單體信息采集傳送器、互遞中繼、井下站、地面站和上位機(jī)連接構(gòu)成。優(yōu)點是1.采用了藍(lán)牙技術(shù)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的近、遠(yuǎn)距無線傳輸，并分離單體采集與數(shù)據(jù)互遞。2.對井下人員的行蹤及狀態(tài)可作在線檢測并上報動態(tài)。3.無供電和數(shù)據(jù)總線連接，斷電時系統(tǒng)能正常工作，保證能順利實施事故救助。4.災(zāi)變發(fā)生第一時間，能得到井下人員的生命動態(tài)數(shù)據(jù)及大致位置，及時救助。5.當(dāng)中繼因災(zāi)變而移位、翻滾能繼續(xù)工作。
文檔編號E21F17/18GK201606114SQ20092025974
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者張躍輝, 黃建高 申請人:黃建高;張躍輝