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矿井通风监测系统的研究与设计

作　者: 吴丽春
导　师: 王李管
学　校: 中南大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 通风监测系统传感器综合通讯平台综合软件控制平台狮子山铜矿
分类号: TD722
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

矿井通风系统是矿井安全生产的重要内容,它通过持续向井下输送新鲜空气、及时排除有毒有害气体与粉尘,为井下提供安全的作业环境。通风监测系统是矿井通风系统建设的重要环节,通过对井下风速、风压、温度及有毒有害气体等信息的监测,有助于实时与现场保持联系,实现事故的及时监测与处理,有效提高下作业环境的安全性。本文根据矿井通风监测系统的数据流程,即数据采集→传输→分析处理,从传感器设计与布设原则(数据采集)、综合数字通讯平台研究(数据传输)及综合软件平台设计与实现(数据分析与处理)三个方面,研究了通风监测系统的设计与实现方法,并在狮子山铜矿成功实现应用。主要内容包括：(1)根据大部分矿山的实际情况,对已建成的主要巷道,研究了通风系统的监测对象,即风速、风压、温度、CO、风机开停等,进而研究其布局原则；对于正在掘进中的掌子面,本研究采用超低功耗微控制器MSP430F149设计出便携式WiFi传感器,该传感器具有使用时间久、可靠性高等特点,能较好地适应矿山通风监测的要求。进而根据监测点距离进行合理分区,研究了传感器监测网络的布设原则。(2)在研究传感器布设的基础上,研究了综合通讯平台的建设方案。具体而言,在对比分析的基础上,选择既满足当前项目的要求,又体现未来技术发展方向的WiFi技术搭建综合数字通讯平台,继而研究了监测监控系统综合通讯平台的布设原则。(3)采用成熟的C/S与B/S混合模式的体系结构,设计了综合软件平台,实现监测数据的分析、处理与显示。C/S客户端采用三维可视化调度指挥软件DMVR处理各种监测监控数据,提高系统的响应速度,在此基础上利用C#语言和Microsoft SQL sevrer2005进行了B/S体系结构的开发,用户通过浏览器即可及时方便的浏览矿井的实时监测数据画面,随时了解井下生产现场的环境参数的变化情况。并以狮子山铜矿为例,验证其有效性与实用性,研究成果可为其它金属矿山通风监测系统的建设提供方法与实践上的借鉴,对于提高该矿安全管理水平将产生极大的推进作用,并有力促进数字矿山建设的相关进程。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究背景与意义  10-11
    1.1.1 研究背景  10-11
    1.1.2 研究意义  11
  1.2 国内外研究进展  11-15
    1.2.1 传感器  11-12
    1.2.2 网络架构  12-13
    1.2.3 通讯平台  13-14
    1.2.4 软件综合平台  14-15
  1.3 研究目标、研究内容与技术路线  15-18
    1.3.1 研究目标  15
    1.3.2 研究内容  15-16
    1.3.3 技术路线  16-18
  1.4 本章小结  18-19
第二章通风监测系统框架分析  19-28
  2.1 矿井监测系统特点  19
  2.2 相关规范与监测指标  19-21
  2.3 通风监测系统总体框架研究  21-27
    2.3.1 传感器设计选型依据  22-24
    2.3.2 通讯平台选型依据及网络架构  24-25
    2.3.3 软件平台结构  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章通风监测系统数据采集研究  28-42
  3.1 矿山通风主要监测对象  28-31
  3.2 主要巷道的传感器布设  31-33
    3.2.1 CO传感器  32
    3.2.2 温度传感器  32
    3.2.3 风速传感器  32-33
    3.2.4 风压传感器  33
    3.2.5 开停传感器  33
  3.3 便携式WIFI传感器设计  33-39
    3.3.1 便携式WiFi传感器结构  34-35
    3.3.2 传感器模块信号处理  35-36
    3.3.3 传感器测量地点信息的预输入  36-37
    3.3.4 传感器采集数据的存储  37-38
    3.3.5 传感器特点及优点  38-39
  3.4 通风监测系统传感器网络布设原则  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章通风监测系统综合通讯平台研究  42-55
  4.1 地下通讯技术及现状  42-48
    4.1.1 小灵通无线通讯系统  42-43
    4.1.2 GSM/CDMA无线通讯系统  43-45
    4.1.3 泄露电缆矿井通讯系统  45-46
    4.1.4 ZigBee综合通讯系统  46-47
    4.1.5 WiFi综合通讯系统  47-48
  4.2 综合通讯平台选型  48-52
    4.2.1 综合通讯平台的选择依据  48-49
    4.2.2 ZigBee系统与WiFi综合数字通讯平台对比分析  49-50
    4.2.3 数字式GSM/CDMA系统与WiFi综合数字通讯平台对比分析  50-51
    4.2.4 综合通讯平台选定  51-52
  4.3 综合通讯平台布设研究  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章综合软件平台研究与实现  55-64
  5.1 软件平台总体设计原则与要求  55-56
    5.1.1 总体设计原则  55-56
    5.1.2 总体设计要求  56
  5.2 软件平台总体设计方案  56-60
    5.2.1 技术原理  56-59
    5.2.2 开发平台  59
    5.2.3 系统架构方式  59-60
  5.3 系统模块设计  60-61
    5.3.1 数据显示模块  60
    5.3.2 数据查询与分析模块  60-61
    5.3.3 预警模块  61
    5.3.4 配置管理模块  61
  5.4 系统功能与特点  61-63
    5.4.1 系统功能  61-62
    5.4.2 系统特点  62-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章系统实现及应用  64-82
  6.1 狮子山铜矿简介  64-66
    6.1.1 基本情况  64
    6.1.2 通风系统现状  64-66
  6.2 传感器网络架构  66-72
    6.2.1 主要传感器选型  66-70
    6.2.2 传感器网络架构  70-72
  6.3 通讯平台建设  72-76
    6.3.1 井下拟建信号覆盖区域分析  72
    6.3.2 通讯平台的总体布置及主干环网形成  72-74
    6.3.3 矿井各中段通讯平台网络布设  74-76
  6.4 综合软件控制平台界面  76-81
  6.5 本章小结  81-82
第七章结论与展望  82-85
  7.1 主要结论  82-83
  7.2 主要创新点  83
  7.3 展望  83-85
参考文献  85-89
致谢  89-90
攻读学位期间主要的研究成果  90

矿井通风监测系统的研究与设计

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