【摘 要】
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随着我国煤炭产量的增加、矿井机械化程度的提高、煤层开采深度的加大,采空区遗煤自然发火愈加严重,利用可靠的技术手段对采空区自然发火进行预测是高效防治采空区煤炭自燃的基础。传统的采空区自燃预测预报方法存在诸多不足,为了保障煤矿安全生产,建立一个科学、完善、有效的采空区气体参数无线采集系统显得十分必要。本文针对采空区所具有的特点对采空区气体参数无线采集系统进行了研发,包括系统总体设计、无线通讯技术的选择
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随着我国煤炭产量的增加、矿井机械化程度的提高、煤层开采深度的加大,采空区遗煤自然发火愈加严重,利用可靠的技术手段对采空区自然发火进行预测是高效防治采空区煤炭自燃的基础。传统的采空区自燃预测预报方法存在诸多不足,为了保障煤矿安全生产,建立一个科学、完善、有效的采空区气体参数无线采集系统显得十分必要。本文针对采空区所具有的特点对采空区气体参数无线采集系统进行了研发,包括系统总体设计、无线通讯技术的选择、采集节点硬件选型设计、软件功能开发等。系统整体选用分体式设计,由井下无线传感器网络与井上的上位机两大部分组成。选用Zig Bee通信技术组建无线传感器网络实现数据无线传输;数据采集节点通过传感器采集CH4、O2、CO和温度四种指标参数,并在CC2530单片机的控制下通过多跳的方式将数据传输至协调器节点;协调器节点收集采集节点的数据后对数据标号,使数据与采集节点相对应,然后将数据通过井下局域网或数据总线传输到监控中心上位机显示,并将数据存储到数据库中;系统采用单片机C语言编写系统的软件程序,设计了模块化的程序结构,利用Zig Bee仿真器和IAR软件平台完成系统程序的编写和调试。为了使数据采集节点能够在采空区复杂环境下工作,系统进行了低功耗与防爆抗压设计。最后对系统进行了通讯信号穿透能力及传输距离测试、无线传输质量测试,验证了系统无线通信性能良好,满足设计要求。将系统进行了工业现场应用,设计了系统采集采空区气体参数的方案并将采集到的数据与束管监测数据和CFD数值模拟结果进行了对比分析,虽然三种方法所得到的数据存在一定差异,但偏差数值在允许范围内,三种方法所反映出的采空区气体浓度变化趋势是相同的,相互得到了验证,说明系统在采空区内工作正常且采集的数据可靠。在工作面过断层期间,系统监测到采空区内出现了高温,与标志性气体预测结果相同;依据系统数据采集节点的布设,确定了采空区的具体高温区域,并采取了具有针对性的防灭火措施,保证了矿井的安全生产,体现出本系统能够获取采空区内部参数的优势。。该论文有图38幅,表12个,参考文献60篇。
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