礦井突水災害監測預警系統及其控制方法
2023-06-01 06:03:01 4
專利名稱：礦井突水災害監測預警系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種監測預警系統及其控制方法，尤其涉及一種礦井突水突害 的監測預警系統及其控制方法。
背景技術：
水害事故破壞性大，突發性強，往往導致大量的人員傷亡，給人民生命和 國家財產造成無法挽回的損失。即使沒有造成人員傷亡，礦井水害事故也具有 搶救難度大、經濟損失大、礦井恢復周期長、恢復期間安全隱患多等特點。礦 井水害已成為影響礦山安全生產的重大問題之一。因此，研製、開發一套有效 實用的水災監測預警硬體和軟體系統，包括井上下布置方法、監測儀器、人工 智能診斷軟體系統，具有重要的理論意義和實用價值。
根據大量突水事故的分析總結可發現，任何一次礦井突水的發生都有一個 從孕育、發展到突發的由量變到質變的轉變過程，在其中的不同階段均會顯現 不同的預兆，如果能夠及時捕捉監測和發現這些寶貴的預兆信息，就可初步掌 握突水規律，並可超前預警，從而大大減小或完全避免人員傷亡及經濟損失。 在對煤礦水災發生的地質構造、釆礦、水文地質等條件綜合研究的基礎上，總 結煤礦突水的內在機理，提出導致煤礦突水的主控要素，並轉化為災害發生的 監測預警指標體系，應用突水預兆信息原位採集技術、突水因素適時檢測技術、 突水因素遠程監控技術和人工智慧判別技術，通過對突水動態信息的綜合系統 分析，建立礦井水災預警的指標體系和預警模式，研發水災預警的信息系統，並通過工業性試驗將研發成果成功地應用於煤礦水臾的超前預測和預警，以實 現煤礦突水災害的實時監測、遠程遙控、超前預警，為防範和控制突發性突水 災害提供準確和先見的信息。
發明內容
本發明的目的是實現礦井突水災害預兆信息的實時監測、傳輸、遠程發布 以及判別礦井突水危險性並進行超前預警。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是礦井突水災害監測預警系統 由原位測量子系統、數據採集子系統、數據傳輸控制子系統、數據及警情發布 子系統組成；原位測量子系統通過通訊系統連接至數據釆集子系統，數據採集 子系統數據輸入輸出口與數據傳輸控制子系統的數據輸入輸出口通過通訊系統 連接實現數據的雙向傳輸，數據傳輸子系統和數據及警情發布子系統通過計算 機網絡連接，數據及警情發布子系統實現數據適時分析、顯示、預警等功能。
所述原位測量子系統用於測量礦井突水災害預警指標的數值，原位測量子 系統可以設置監測工作面，監測工作面可以設置監測工作點，從而形成監測網。 礦井突水災害預警指標體系包括水壓、水溫、應力、應變、位移，依據礦井突 水災害的多元性及礦井突水機理，可增加預警指標體系的參數，實踐表明該預 警指標體系具有較易獲取、判別，並能有效實現預警功能等優勢。相應地，原 位測量子系統包括水壓傳感器、水溫傳感器、應力傳感器、應變傳感器、位移 傳感器、滲透壓傳感器、特徵離子傳感器，通過傳感器與礦井水及鑽孔壁的耦 合測量水壓、水溫、應力、應變、位移的原位信息。依據突水預兆信息原位採 集技術，將測量單元和礦井水、鑽孔壁的緊密耦合，實現了水壓、水溫、應力、 應變、位移等信息的原位採集，為水害預警提供準確的基礎數據。所述數據採集子系統是由 一個或以上的井下數據採集分站組成，分站的數 目與原位測量子系統中測量工作點數目相同，每個數據採集分站負責採集一個
監測工作點的指標，每個分站設計信號輸入通道為32路，同時接駁32路傳感 器，足以滿足一個監測點的監測內容，也可以根據需要方便添加監測內容。如 果工作面有多個監測點，可以布置多個數據採集分站。分站採用雙CPU工作模 式，數據採集和數據通信互不影響， 一方面保證了系統的實時性，另一方面即 使系統通信故障分站也可獨立工作實現數據的不間斷採集，把採集數據存入緩 存中，其中緩存可以存儲1個月的監測數據。數據採集子系統通過通訊系統與 原位測量子系統連接，數據採集子系統中每個數據採集分站對應一個監測點， 適時採集該監測點的監測信息。
所述數據傳輸控制子系統是一套運行於地面PC上的軟體系統，該子系統通 過通訊系統與數據採集子系統連接，實現通訊方式、數據採集間隔、數據採集 方式等設置並把相應的設置參數下載到數據採集子系統，同時實現把數據採集 子系統採集的信息傳輸至地面PC上一個資料庫中，進行數據換算並更新資料庫。
數據傳輸控制子系統與數據採集子系統的通信同時提供數字通信和模擬通信兩 種形式進行數據傳輸。正常情況下採用數字通信實現數據高質量的傳輸， 一旦 數字通信遭到破壞可以在地面數據傳輸控制子系統切換為模擬通信方式以保證 數據的連續傳輸。
所述數據及警情發布子系統採用客戶/伺服器架構C/S,並以GIS為開發平 臺實現數據圖形顯示、放大、縮小、漫遊等功能。數據及警情發布子系統通過 計算機網絡與數據傳輸控制子系統連接，伺服器端訪問數據傳輸控制子系統的 資料庫，並把新數據以約定的格式向各個客戶端發布，客戶端接收到數據進行 適時曲線和數字顯示，並把數據帶入預警模式，如果出現險情則通過聲音、圖像、文字、移動通信等多種形式報警。在線的客戶端每隔一分鐘向伺服器端發 送"在線確認"數據包。如果伺服器端在兩分鐘內沒有收到一個客戶端的"在 線確認"數據包，則表明該客戶端被非法關閉，伺服器端會自動斷開該客戶端 的連接。有效減少客戶端和伺服器端的不良連結，提高了該系統數據發布的效 率和穩定性。數據及警情發布子系統數據顯示控制項的顯示範圍具有無限可調性， 其顯示範圍是通過一線性方程控制，既可以實現數據的全貌顯示，又可以凸顯 數據的微小變化。數據及警情發布子系統臨界值法及人工智慧判別技術，建立 了高效的預警模式，實現了警情的超前發布。預警模式設置在客戶端中，不同 的客戶端可以根據需要調整報警臨界值。
礦井突水災害監測預警系統的控制方法包括下列步驟
(1) 原位測量子系統實時測量預警指標數據，包括水壓、水溫、應力、應
變、位移；
(2) 數據傳輸控制子系統下載設置參數至數據採集子系統；
(3) 數據採集子系統依據設置參數採集原位測量子系統中的測量數據；
(4) 數據傳輸控制子系統把數據採集子系統採集的數據傳輸至地面PC的 資料庫中；
(5) 數據及警情發布子系統的伺服器端訪問數據傳輸控制子系統的數據 庫，並把最新數據向各個客戶端發布。客戶端接收到數據進行適時曲線和數字 顯示，並把數據導入預警模式，如果出現險情則通過聲音、圖像、文字、移動 通信等多種形式報警。
(6 )重複(1) ( 3 )、 ( 4 )、 ( 5 )直至監測預警結束。
9圖l是本發明實施原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本實例礦井突水災害監測預警系統是由兩個原位測量子系統1 、
2、數據採集子系統3、數據傳輸控制子系統4、數據及警情發布子系統5組成。 原位測量子系統由水溫傳感器11， 21、水壓傳感器12, 22、應力傳感器13， 23、 應變傳感器14, 24、位移傳感器15, 25組成，數據採集系統由兩個採集分站 31， 32組成，數據及警情發布子系統由伺服器端51和客戶端52組成。具體實 施方式如下
在煤層底板兩個易發生水害事故處施工兩個鑽孔，第一個鑽孔中埋設水溫 傳感器ll、水壓傳感器12、應力傳感器13、應變傳感器14、位移傳感器15組 成原位測量子系統l，第二鑽孔中埋設水溫傳感器11、水壓傳感器12、應力傳 感器13、應變傳感器14、位移傳感器15組成原位測量子系統2。原位採集子系 統1、 2通過通訊系統分別和數據採集子系統3中的數據採集分站31和數據採 集分站32連接，數據採集子系統3通過通訊系統和數據傳輸控制子系統4連接， 數據傳輸控制子系統4和數據及警情發布子系統5通過計算機網絡連接。
通過數據傳輸控制子系統4設置採集方式和傳輸方式，並把相應設置參數 下載至數據採集子系統3，數據採集子系統3就會利用設置的採集方式通過原位 測量子系統l、 2中的傳感器採集數據，並把採集數據依設置傳輸方式傳輸到數 據傳輸控制子系統所在計算機的資料庫中，數據及警情發布系統5通過訪問數 據傳輸控制子系統4及時地把數據發送到各個客戶端52,各客戶端52接受到數 據後會以圖形曲線和數字的形式顯示出來，並把新到數據導入預置的預警模式， 如果有險情就會以圖像、聲音、移動通信等多種方式發出警情。
權利要求
1.礦井突水災害監測預警系統，由原位測量子系統、數據採集子系統、數據傳輸控制子系統、數據及警情發布子系統組成，其特徵在於原位測量子系統通過通訊系統連接至數據採集子系統，數據採集子系統數據輸入輸出口與數據傳輸控制子系統的數據輸入輸出口通過通訊系統連接實現數據的雙向傳輸，數據傳輸子系統和數據及警情發布子系統通過計算機網絡進行連接。
2. 如權利1所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於所述原位測 量子系統主要包括水壓傳感器、水溫傳感器、應力傳感器、應變傳感器、位移 傳感器、滲透壓傳感器、特徵離子傳感器，也可以包括其中一個或幾個。
3. 如權利1所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於可以在礦井 中布置監測網。
4. 如權利1所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於所述數據採 集子系統中數據採集分站設計32路信號輸入通道。
5. 如權利1所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於所述數據採 集子系統可以設置與原位測量子系統中測量工作點數目相同的數據採集分站， 每個數據採集分站負責採集一個監測工作點的預警指標體系的參數。
6. 如權利1所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於數據採集分 站釆用雙CPU工作模式並提供監測數據緩存的功能。
7. 如權利1所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於所述的數據 採集子系統與數據傳輸控制子系統採用了數字通信和模擬通信兩種形式進行數 據傳輸。
8. 如權利l所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於在線的客戶端每隔一分鐘向伺服器端發送"在線確認"數據包。
9. 如權利1所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於數據及警情 發布子系統採用客戶/伺服器架構，採用GIS開發平臺。
10. 如權利9所述的礦井突水突害監測預警系統，其特徵在於所述的數據 及警情發布子系統數據顯示範圍用線性方程控制。
11. 如權利9所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於所述的數 據及警情發布子系統具有利用臨界值法及人工智慧判別技術的高效預警模式。
12. 如權利9所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於預警模式 設置在客戶端中，不同的客戶端可以根據需要調整報警臨界值。
13. —種礦井突水災害監測預警系統的控制方法，其特徵在於所述礦井突 水災害監測預警系統的控制方法包括下列步驟(1) 原位測量子系統實時測量預警指標數據，包括水壓、水溫、應力、應 變、位移；(2 ) 數據傳輸控制子系統下載設置參數至數據採集子系統； 〔3 ) 數據採集子系統依據設置參數採集原位測量子系統中的測量數據； (4)數據傳輸控制子系統4巴數據採集子系統採集的數椐傳輸至地面PC的 資料庫中；(5 ) 數據及警情發布子系統的伺服器端訪問數據傳輸控制子系統的數據 庫，並把最新數據向各個客戶端發布。客戶端接收到數據進行適時曲線和數字 顯示，並把數據導入預警模式，如果出現險情則通過聲音、圖像、文字、移動(6 )重複(1 ) ( 3 )、 ( 4 )、 ( 5 )直至監測預警結束。
14. 如權利13所述的礦井突水災害監測預警系統的控制方法，其特徵在於 所述原位測量子系統主要包括水壓傳感器、水溫傳感器、應力傳感器、應變傳 感器、位移傳感器、滲透壓傳感器、特徵離子傳感器，也可以包括其中一個或 幾個。
15. 如權利13所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於可以在礦 井中布置監測網。
16. 如權利13所述的礦井突水突害監測預警系統的控制方法，其特徵在於 所述數據採集子系統中數據採集分站設計32路信號輸入通道。
17. 如權利13所述的礦井突水災害監測預警系統的控制方法，其特徵在於 所述數據採集子系統可以設置與原位測量子系統中測量工作點數目相同的數據 釆集分站，每個數據採集分站負責採集一個監測工作點的預警指標體系的參數。
18. 如權利13所述的礦井突水災害監測預警系統的控制方法，其特徵在於 數據採集分站採用雙CPU工作模式並提供監測數據緩存的功能。
19. 如權利13所述的礦井突水災害監測預警系統，其特徵在於所述的數 據採集子系統與數據傳輸控制子系統採用了數字通信和模擬通信兩種形式進行 數據傳輸。
20. 如權利13所述的礦井突水災害監測預警系統的控制方法，其特徵在於 在線的客戶端每隔一分鐘向伺服器端發送"在線確認"數據包。
21.如權利13所述的礦井突水災害監測預警系統的控制方法，其特徵在於 數據及警情發布子系統採用客戶/伺服器架構，採用GIS開發平臺。
22. 如權利19所迷的礦井突水災害監測預警系統的控制方法，其特徵在於 所述的數據及警情發布子系統數據顯示範圍用線性方程控制。
23. 如權利19所述的礦井突水災害監測預警系統的控制方法，其特徵在於 所述的數據及警情發布子系統具有利用臨界值法及人工智慧判別技術的高效預 警模式。
24. 如權利19所述的礦井突水災害監測預警系統的控制方法，其特徵在於 預警模式設置在客戶端中，不同的客戶端可以根據需要調整報警臨界值。
全文摘要
本發明涉及一種礦井突水災害監測預警系統，其由原位測量子系統、數據採集子系統、數據傳輸控制子系統、數據及警情發布子系統組成；原位測量子系統通過通訊系統連接至數據採集子系統，數據採集子系統數據輸入輸出口與數據傳輸控制子系統的數據輸入輸出口通過通訊系統連接實現數據的雙向傳輸，數據傳輸子系統和數據及警情發布子系統通過計算機網絡進行連接。本發明還涉及一種礦井突水災害監測預警系統的控制方法。
文檔編號E21B47/00GK101526010SQ200910119379
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月25日 優先權日2009年3月25日
發明者劉德民, 尹尚先, 梁育龍, 王經明 申請人:華北科技學院;尹尚先