[发明专利]煤矿井下基于无线通信的煤窝测量测控系统及其测量方法

说明书

煤矿井下基于无线通信的煤窝测量测控系统，包括测量板、数据采集模块、存储模块、数据传输模块和电压转换模块，测量板上设置有中央控制器，中央控制器分别与数据采集模块和存储模块通过PCB内部过孔连接，数据存储模块用来存储数据采集模块测量的数据，中央控制器通过数据传输模块与煤矿井上的上位机进行无线通信连接，中央控制器的电源输入端通过电压转换模块与防爆电池连接。本发明具有通用性高、安全性高、测量数据准确、使用方便等优点。

技术领域

本发明涉及煤矿井下瓦斯消突技术领域，具体的说，涉及一种煤矿井下基于无线通信的煤窝测量测控系统及其测量方法。

背景技术

巷道环境是一个存在粉尘和瓦斯等特殊气体的空间，电磁波会受到煤层、粉尘、瓦斯等因素的干扰。其中瓦斯灾害威胁极大，使得高危事故时有发生，国家对于煤矿安全生产高度重视，对煤矿安全提出了更高的要求。

在开采煤的过程中，需要设计瓦斯抽放钻孔，目前瓦斯抽放孔网络布设依据主要是单孔瓦斯抽采范围，在钻孔的过程中，钻孔的半径会对岩层和煤层的周围产生一个影响范围，这个范围跟钻孔的质量、煤岩层瓦斯含量、煤岩层瓦斯渗透系数、煤层埋深、构造部位、区域应力场等各因素及其耦合效应有关。在实际作业中，根据设计路线打出来的实际煤窝形态是不规则的。这是由于在钻进过程中，钻孔产生了偏斜，钻头偏离原本的设计路线，就会改变瓦斯抽采范围的位置，形成瓦斯抽放空白带，残存的瓦斯在开采过程中会对煤矿安全以及工作人员的安全造成严重影响。

煤矿现场存在钻孔偏斜和瓦斯消突空白带两个问题，要解决这两个问题，除了要测量钻孔轴迹以外，还要测量煤窝的空间形态、容积等参数。河南理工大学在2021年12月28日申请了申请号为CN202111619040.0的中国发明专利，其公开了一种基于激光的煤矿井下瓦斯消突钻孔煤窝窥测装置及方法，该发明专利通过姿态传感器（或电子罗盘）来获取煤窝的位置和姿态，通过电机驱动的激光测距传感器来测量装置到煤窝孔壁的距离，可以测量煤窝空间的形态，数据精准，操作简单，自动化程度高。能准确地测量“ 煤窝”空间位置、姿态、形态、体积等参数，精准地圈定瓦斯抽放孔“ 影响空间”，提供瓦斯抽放钻孔布设网络的设计依据，并为后续施工钻孔位置、俯仰角、方位角、施工工艺等的动态调整提供技术支撑，其中的第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第一电机、第二电机、摄像头和姿态传感器均通过穿过推送杆的通信线缆与数据接收处理单元（上位机）连接，然而煤矿井下环境错综复杂，煤矿井下通信难度大，采用有线方式进行通信的难度大、成本高，因此，我们研制了煤矿井下基于无线通信的煤窝测量测控系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿井下基于无线通信的煤窝测量测控系统及其测量方法，本发明具有通用性高、安全性高、测量数据准确、使用方便等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

煤矿井下基于无线通信的煤窝测量测控系统，包括测量板、数据采集模块、存储模块、数据传输模块和电压转换模块，测量板上设置有中央控制器，中央控制器分别与数据采集模块和存储模块通过PCB内部过孔连接，数据存储模块用来存储数据采集模块测量的数据，中央控制器通过数据传输模块与煤矿井上的上位机进行无线通信连接，中央控制器的电源输入端通过电压转换模块与防爆电池连接。

中央控制器使用的芯片为控制芯片U1，数据采集模块包括#1激光测距传感器U4、#2激光测距传感器U5、#1舵机U6、电子罗盘U7和#2舵机U9，存储模块为SD卡U2，数据传输模块包括无线模块U8和RS485模块U3，控制芯片U1分别与#1激光测距传感器U4、#2激光测距传感器U5、#1舵机U6、电子罗盘U7、 #2舵机U9、SD卡U2、无线模块U8和RS485模块U3通过PCB内部过孔连接，控制芯片U1通过无线模块U8与上位机进行无线网络信号连接，控制芯片U1通过RS485模块U3与上位机进行有线信号连接。

中央控制器的电路结构为：

控制芯片U1的25引脚并联电阻R1连接电源后与#2激光测距传感器U5的RX相连;