一種基於地層施工的電氣通信檢測預警系統的製作方法
2023-05-03 04:54:36 2
本發明涉及煤礦瓦斯防治領域，尤其涉及一種基於地層施工的電氣通信檢測預警系統。
背景技術：
從能源需求角度看，我國以煤炭為主的能源格局短時間內不會改變，煤炭比重較長時間內將保持在50%左右，且煤炭開採95%左右以地下井工開採為主。目前，煤炭開採以每年10~20m的速度向深部延伸，深部開採在中東部已逐漸成為常態，並帶來了新的煤巖瓦斯動力災害問題。我國礦井煤巖瓦斯動力災害最典型的兩種表現形式為煤與瓦斯突出和衝擊地壓，但中東部含瓦斯煤巖動力災害表現出一種具有衝擊傾向性和突出危險性的雙重動力學特性，由淺部單一、獨立的衝擊地壓或煤與瓦斯突出轉變為複合型，煤巖各種動力災害之間的相互作用加強，煤巖瓦斯動力災害特徵變得複雜和多樣，並已成為煤礦一種主要的、新型的安全危害。複合型煤巖瓦斯動力災害在孕育、激發、發展等過程中，多種因素相互交織，相互誘發、強化，使得發生的條件更低，災害強度更大、致災程度更嚴重，使得發生機理更為複雜，預測、預警及防治更難。但複合型煤巖瓦斯動力災害預警預防方面目前只是進行了初步研究或機械的採用煤與瓦斯突出和衝擊地壓的預警預防技術，尚未形成自己獨立的預警預防技術。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術中的不足，本發明的目的在於，提供一種基於地層施工的電氣通信檢測預警系統，包括：煤層瓦斯地質圖編輯模塊、數據採集區域劃分模塊、數據採集模塊、伺服器；
煤層瓦斯地質圖編輯模塊用於繪製煤層瓦斯地質圖，繪製瓦斯含量分布圖，通過煤層瓦斯地質圖和瓦斯含量分布圖設置傳感器位置，獲取煤層瓦斯數據信息以及煤層應力信息；
所述數據採集區域劃分模塊用於將預警區域劃分為無衝擊危險區、應力集中區三倍距離的無危險區、卡鑽危險區、噴孔危險區、響煤炮危險區；
所述數據採集模塊用於根據數據採集區域劃分模塊劃分的區域，針對無衝擊危險區、應力集中區三倍距離的無危險區、卡鑽危險區、噴孔危險區、響煤炮危險區中長時間暴露煤巷四周煤壁面、新暴露煤巷四周煤壁面、工作面新暴露煤壁面、落煤採集瓦斯數據信息；
所述數據採集模塊包括：溫度傳感器、溼度傳感器、瓦斯傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、風量傳感器、感光傳感器、處理器、報警器、通信傳輸模塊；伺服器與數據採集模塊的通信連接採用有線和無線雙重冗餘的方式連接；
溫度傳感器、溼度傳感器、瓦斯傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、風量傳感器、報警器、通信傳輸模塊分別與處理器連接，溫度傳感器、溼度傳感器、瓦斯傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、感光傳感器、風量傳感器分別用於將採集的溫度、溼度、瓦斯量濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、風量、感光量傳輸給處理器，處理器將上述數據通過通信傳輸模塊傳輸給伺服器；
所述處理器還用於當煤礦井下瓦斯的濃度達到5%～16%、氧氣的濃度＞12%，溫度在大於 30°時，處理器控制報警器發出報警信息；當井下瓦斯濃度為 0.5%時，感光傳感器感應光亮大於預設值時，處理器控制報警器發出報警信息；當溫度傳感器感應的溫度高於25°時，處理器控制報警器發出報警信息；
一氧化碳傳感器設在大巷、採區巷道、煤層、回採工作面、掘進工作面位置，懸掛在巷道頂板順風的位置，距離頂板不小於0.3m；
抽氣裝置用於將井下的空氣抽至地面，通過氣相色譜儀對抽至地面的井下空氣進行分析，分析氣體組分和濃度，並將分析的氣體組分和濃度發送至伺服器；
所述伺服器用於通過與數據採集模塊通信連接，獲取井下環境信息，並對井下環境信息，從數據角度同時整合溫度、溼度、瓦斯量濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、風量、感光量，通過線路、表格、圖形的展現形式進行有機整合，整理形成系統整體的數據信息，按照時間段形成一系統報告，通過梯形圖、或曲線圖、或圖表，通過對數據的可視化管理，讓所有數據關鍵參數醒目地投射到伺服器的顯示屏上，幫助用戶了解井下狀況，對井下跟蹤管理；
還用於將井下得到的各類原始數據信息與預設的閾值以及往期的數據進行對比，當前數據超出預設的閾值或者與往期數據相比超出往期數據時，進行報警提示，將報警信息形成報警統計，並存儲，同時將採集的數據信息、比對信息以及預警信息通過無線網絡發送至顯示屏、電腦終端、移動終端。
優選地，所述數據採集模塊還包括：採集數據處理模塊，時間段設置模塊；
所述採集數據處理模塊用於在預設的時間段內，獲取瓦斯濃度平均值作為應力大小依據，並以一段時間內的瓦斯濃度平均值/瓦斯濃度移動平均值的比值作為應力特徵指標；
所述時間段設置模塊用於根據採掘過程，設置預設時間段，預設時間段為1天，10天、20天、30天。
優選地，所述伺服器還用於建立數據信息平臺，使用戶通過移動終端與建立數據信息平臺之間通過WIFI或者zigee或CAN的形式通信連接，共享伺服器存儲井下數據信息，對礦井進行管理，實現了網絡環境透明化，達到高效管理目的。
優選地，所述伺服器還用於信息系統建設、信息採集、傳輸、共享效度管理，建立煤礦物聯網系統的信息數據；對礦井的通風系統、採掘系統、供電系統、防火防塵設施，對煤礦各類機電設備的檢查、維護、保養工作進行管理；安全監測、水文地質條件監測，對礦井瓦斯、灰塵、溼度、溫度條件信息進行監測管理；定位導航分析煤礦的支護系統。
優選地，數據採集模塊還包括：電子監控器、X射線衍射儀、振動傳感器；
所述電子監控器和X射線衍射儀安裝於井下頂板碳層表面，用於監控井下頂板碳層外部大裂痕和內部大裂痕，其中X射線衍射儀將拍攝的衍射圖像無線傳輸至伺服器；所述振動傳感器安裝於井下頂板碳層表面，用於檢測因採掘或地震而引起的振動頻率，當檢測出碳層內部或外部存在大裂痕或振動頻率超出設定值時，系統開始報警，並將大裂痕或振動頻率上傳伺服器。
優選地，數據採集模塊還包括：地音探頭、地音活動實時監測模塊、生產判斷模塊、危險性評價模塊；
地音探頭設置在具有潛在衝擊危險區域布置，每個衝擊危險區域布置多個地音探頭， 探頭安裝在錨杆露頭位置，探頭距離至工作面端頭或掘進工作面的迎頭距離≥25m，隨著工作面的推進，探頭交替向前移動；
地音活動實時監測模塊用於實時獲取地音探頭監測的地音信號，自動統計各探頭每分鐘地音活動的能量和頻次；對比監測區域內的兩個探頭每分鐘的地音頻次，選取地音頻次較低的探頭監測到能量和頻次作為該分鐘內所在監測區域的地音活動能量和頻次值；
生產判斷模塊用於根據監測區域內每分鐘的地音活動能量和頻次計算每小時或每班次地音活動的能量和頻次，同時結合井下是否生產，分別計算得到生產期間或非生產期間的小時或班地音能量和頻次異常係數；
危險性評價模塊用於選取小時或班地音能量和頻次異常係數較大的指標值進行衝擊危險性評價。
優選地，所述伺服器包括：地質信息資料庫、地質業務屬性資料庫、瓦斯動態預測模塊、圖紙編輯模塊、數據維護模塊、煤巖瓦斯動力分析模塊、煤巖瓦斯湧出動態預測模塊；
地質地理信息資料庫用於存儲煤礦瓦斯地質地理信息數據；
瓦斯地質業務屬性資料庫用於存儲煤礦瓦斯地質業務屬性數據；
瓦斯動態預測模塊用於維護和分析現場井下地質地理信息數據和地質業務屬性數據；並根據動態預測方法，進行工作面的瓦斯湧出動態預測，預測結果以曲線的形式顯示，並對工作面瓦斯湧出超限進行預警，分析工作面湧出超限原因，提供治理措施；
圖紙編輯模塊用於對數據採集區域劃分模塊劃分的區域形成地理圖形，並為用戶提供修改以及錄入功能，將地理圖形數據與業務屬性數據存儲於儲存處理模塊；
數據維護模塊用於對煤層參數、瓦斯參數、地質構造參數、瓦斯抽採鑽孔信息的維護功能，數據存儲於瓦斯地質業務屬性資料庫中，可實現多部門信息共享；
煤巖瓦斯動力分析模塊用於維護和動態分析地理圖形中各類等值線數據，實現保護層開分析、突出危險區域預測和瓦斯地質信息查詢功能；
煤巖瓦斯湧出動態預測模塊用於工作面瓦斯湧出動態預測、湧出超限預警分析、超限原因及治理措施智能分析、湧出量的點線查詢。
優選地，所述數據採集模塊還包括：圖像採集器、圖像編碼器、圖像傳輸模塊；
圖像採集器用於採集無衝擊危險區、應力集中區三倍距離的無危險區、卡鑽危險區、噴孔危險區、響煤炮危險區的區域圖像；
圖像編碼器用於對所述區域圖像壓縮編碼，輸出壓縮區域圖像；
圖像傳輸模塊用於將壓縮區域圖像通過防爆交換機發送至地面採集裝置，地面採集裝置的交換機將壓縮區域圖像發送至伺服器；
伺服器還包括：圖像解碼器、區域圖像預設模塊、圖像人體處理模塊、區域圖像處理模塊；
圖像解碼器用於對所述壓縮區域圖像解碼，獲得所述場景圖像；
區域圖像預設模塊用於設置區域圖像的像素灰度閾值、人體灰度上限閾值、人體灰度下限閾值、預設像素數量閾值和預定最少人員數量；
圖像人體處理模塊用於對無危險區、卡鑽危險區、噴孔危險區、響煤炮危險區的區域圖像進行火情分析和人體識別分析，將所述區域圖像中的各個像素的灰度值與預定像素灰度閾值比較，計算灰度值大於等於預定像素灰度閾值的像素數量，將所述區域圖像中灰度值在人體灰度上限閾值和人體灰度下限閾值之間的像素識別並組成人體目標圖像，計算人體目標圖像的數量；
區域圖像處理模塊用於在所述瓦斯濃度大於1％時，發出瓦斯提示信號，在所述瓦斯濃度大於1.5％時，發出瓦斯預警信號，在所述瓦斯濃度大於2％時，發出瓦斯報警信號，在所述瓦斯濃度大於5％時，發出瓦斯瀕臨爆炸信號；在所述像素數量大於預設像素數量閾值時，發出火情報警信號，在所述人體目標圖像的數量小於等於預定最少人員數量時，發出現場缺人提示信號；
數據顯示模塊用於顯示每個傳感器的傳輸的數據信息，瓦斯濃度數據信息，區域圖像信息，並在接收到瓦斯提示信號、瓦斯預警信號、瓦斯報警信號、瓦斯瀕臨爆炸信號、火情報警信號、現場缺人提示信號時，實時顯示與瓦斯提示信號、瓦斯預警信號、瓦斯報警信號、瓦斯瀕臨爆炸信號、火情報警信號、現場缺人提示信號分別對應的文字提示信息；在出現瓦斯提示信號、瓦斯預警信號、瓦斯報警信號、瓦斯瀕臨爆炸信號、火情報警信號、現場缺人提示信號時，實時顯示與瓦斯提示信號、瓦斯預警信號、瓦斯報警信號、瓦斯瀕臨爆炸信號、火情報警信號、現場缺人提示信號時，顯示對應的區域位置，並通過無線通信網絡發送到維修維護人員的電腦終端、移動終端。
從以上技術方案可以看出，本發明具有以下優點：
基於地層施工的電氣通信檢測預警系統基於煤層瓦斯地質圖瓦斯含量分布、煤礦監控系統，通過數學方法處理、系統開發，可解決地質異常區域應力無法測定問題，實現煤巖體相對應力快速、智能測定。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為基於地層施工的電氣通信檢測預警系統的整體示意圖。
具體實施方式
為使得本發明的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將運用具體的實施例及附圖，對本發明保護的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本專利中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本專利保護的範圍。
本實施例提供一種基於地層施工的電氣通信檢測預警系統，如圖1所示，包括：煤層瓦斯地質圖編輯模塊3、數據採集區域劃分模塊4、數據採集模塊2、伺服器1；
煤層瓦斯地質圖編輯模塊3用於繪製煤層瓦斯地質圖，繪製瓦斯含量分布圖，通過煤層瓦斯地質圖和瓦斯含量分布圖設置傳感器位置，獲取煤層瓦斯數據信息以及煤層應力信息；
所述數據採集區域劃分模塊4用於將預警區域劃分為無衝擊危險區、應力集中區三倍距離的無危險區、卡鑽危險區、噴孔危險區、響煤炮危險區；
所述數據採集模塊1用於根據數據採集區域劃分模塊劃分的區域，針對無衝擊危險區、應力集中區三倍距離的無危險區、卡鑽危險區、噴孔危險區、響煤炮危險區中長時間暴露煤巷四周煤壁面、新暴露煤巷四周煤壁面、工作面新暴露煤壁面、落煤採集瓦斯數據信息；
所述數據採集模塊1包括：溫度傳感器11、溼度傳感器12、瓦斯傳感器13、一氧化碳傳感器14、氧氣傳感器15、風量傳感器16、感光傳感器17、處理器18、報警器19、通信傳輸模塊20；伺服器1與數據採集模塊2的通信連接採用有線和無線雙重冗餘的方式連接；
溫度傳感器11、溼度傳感器12、瓦斯傳感器13、一氧化碳傳感器14、氧氣傳感器15、風量傳感器16、感光傳感器17、報警器19、通信傳輸模塊20分別與處理器18連接，溫度傳感器11、溼度傳感器12、瓦斯傳感器13、一氧化碳傳感器14、氧氣傳感器15、風量傳感器16、感光傳感器17分別用於將採集的溫度、溼度、瓦斯量濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、風量、感光量傳輸給處理器18，處理器18將上述數據通過通信傳輸模塊傳輸給伺服器1；
所述處理器18還用於當煤礦井下瓦斯的濃度達到5%～16%、氧氣的濃度＞12%，溫度在大於 30°時，處理器控制報警器發出報警信息；當井下瓦斯濃度為 0.5%時，感光傳感器感應光亮大於預設值時，處理器控制報警器發出報警信息；當溫度傳感器感應的溫度高於25°時，處理器控制報警器發出報警信息；
一氧化碳傳感器設在大巷、採區巷道、煤層、回採工作面、掘進工作面位置，懸掛在巷道頂板順風的位置，距離頂板不小於0.3m；
抽氣裝置用於將井下的空氣抽至地面，通過氣相色譜儀對抽至地面的井下空氣進行分析，分析氣體組分和濃度，並將分析的氣體組分和濃度發送至伺服器；
所述伺服器1用於通過與數據採集模塊通信連接，獲取井下環境信息，並對井下環境信息，從數據角度同時整合溫度、溼度、瓦斯量濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、風量、感光量，通過線路、表格、圖形的展現形式進行有機整合，整理形成系統整體的數據信息，按照時間段形成一系統報告，通過梯形圖、或曲線圖、或圖表，通過對數據的可視化管理，讓所有數據關鍵參數醒目地投射到伺服器的顯示屏上，幫助用戶了解井下狀況，對井下跟蹤管理；
還用於將井下得到的各類原始數據信息與預設的閾值以及往期的數據進行對比，當前數據超出預設的閾值或者與往期數據相比超出往期數據時，進行報警提示，將報警信息形成報警統計，並存儲，同時將採集的數據信息、比對信息以及預警信息通過無線網絡發送至顯示屏、電腦終端、移動終端。
本實施例中，所述數據採集模塊2還包括：採集數據處理模塊，時間段設置模塊；
所述採集數據處理模塊用於在預設的時間段內，獲取瓦斯濃度平均值作為應力大小依據，並以一段時間內的瓦斯濃度平均值/瓦斯濃度移動平均值的比值作為應力特徵指標；
所述時間段設置模塊用於根據採掘過程，設置預設時間段，預設時間段為1天，10天、20天、30天。
本實施例中，所述伺服器1還用於建立數據信息平臺，使用戶通過移動終端與建立數據信息平臺之間通過WIFI或者zigee或CAN的形式通信連接，共享伺服器存儲井下數據信息，對礦井進行管理，實現了網絡環境透明化，達到高效管理目的。
本實施例中，所述伺服器1還用於信息系統建設、信息採集、傳輸、共享效度管理，建立煤礦物聯網系統的信息數據；對礦井的通風系統、採掘系統、供電系統、防火防塵設施，對煤礦各類機電設備的檢查、維護、保養工作進行管理；安全監測、水文地質條件監測，對礦井瓦斯、灰塵、溼度、溫度條件信息進行監測管理；定位導航分析煤礦的支護系統。
本實施例中，數據採集模塊2還包括：電子監控器、X射線衍射儀、振動傳感器；
所述電子監控器和X射線衍射儀安裝於井下頂板碳層表面，用於監控井下頂板碳層外部大裂痕和內部大裂痕，其中X射線衍射儀將拍攝的衍射圖像無線傳輸至伺服器；所述振動傳感器安裝於井下頂板碳層表面，用於檢測因採掘或地震而引起的振動頻率，當檢測出碳層內部或外部存在大裂痕或振動頻率超出設定值時，系統開始報警，並將大裂痕或振動頻率上傳伺服器。
本實施例中，數據採集模塊2還包括：地音探頭、地音活動實時監測模塊、生產判斷模塊、危險性評價模塊；
地音探頭設置在具有潛在衝擊危險區域布置，每個衝擊危險區域布置多個地音探頭， 探頭安裝在錨杆露頭位置，探頭距離至工作面端頭或掘進工作面的迎頭距離≥25m，隨著工作面的推進，探頭交替向前移動；
地音活動實時監測模塊用於實時獲取地音探頭監測的地音信號，自動統計各探頭每分鐘地音活動的能量和頻次；對比監測區域內的兩個探頭每分鐘的地音頻次，選取地音頻次較低的探頭監測到能量和頻次作為該分鐘內所在監測區域的地音活動能量和頻次值；
生產判斷模塊用於根據監測區域內每分鐘的地音活動能量和頻次計算每小時或每班次地音活動的能量和頻次，同時結合井下是否生產，分別計算得到生產期間或非生產期間的小時或班地音能量和頻次異常係數；
危險性評價模塊用於選取小時或班地音能量和頻次異常係數較大的指標值進行衝擊危險性評價。
本實施例中，所述伺服器1包括：地質信息資料庫、地質業務屬性資料庫、瓦斯動態預測模塊、圖紙編輯模塊、數據維護模塊、煤巖瓦斯動力分析模塊、煤巖瓦斯湧出動態預測模塊；
地質地理信息資料庫用於存儲煤礦瓦斯地質地理信息數據；
瓦斯地質業務屬性資料庫用於存儲煤礦瓦斯地質業務屬性數據；
瓦斯動態預測模塊用於維護和分析現場井下地質地理信息數據和地質業務屬性數據；並根據動態預測方法，進行工作面的瓦斯湧出動態預測，預測結果以曲線的形式顯示，並對工作面瓦斯湧出超限進行預警，分析工作面湧出超限原因，提供治理措施；
圖紙編輯模塊用於對數據採集區域劃分模塊劃分的區域形成地理圖形，並為用戶提供修改以及錄入功能，將地理圖形數據與業務屬性數據存儲於儲存處理模塊；
數據維護模塊用於對煤層參數、瓦斯參數、地質構造參數、瓦斯抽採鑽孔信息的維護功能，數據存儲於瓦斯地質業務屬性資料庫中，可實現多部門信息共享；
煤巖瓦斯動力分析模塊用於維護和動態分析地理圖形中各類等值線數據，實現保護層開分析、突出危險區域預測和瓦斯地質信息查詢功能；
煤巖瓦斯湧出動態預測模塊用於工作面瓦斯湧出動態預測、湧出超限預警分析、超限原因及治理措施智能分析、湧出量的點線查詢。
本實施例中，所述數據採集模塊2還包括：圖像採集器、圖像編碼器、圖像傳輸模塊；
圖像採集器用於採集無衝擊危險區、應力集中區三倍距離的無危險區、卡鑽危險區、噴孔危險區、響煤炮危險區的區域圖像；
圖像編碼器用於對所述區域圖像壓縮編碼，輸出壓縮區域圖像；
圖像傳輸模塊用於將壓縮區域圖像通過防爆交換機發送至地面採集裝置，地面採集裝置的交換機將壓縮區域圖像發送至伺服器；
伺服器1還包括：圖像解碼器、區域圖像預設模塊、圖像人體處理模塊、區域圖像處理模塊；
圖像解碼器用於對所述壓縮區域圖像解碼，獲得所述場景圖像；
區域圖像預設模塊用於設置區域圖像的像素灰度閾值、人體灰度上限閾值、人體灰度下限閾值、預設像素數量閾值和預定最少人員數量；
圖像人體處理模塊用於對無危險區、卡鑽危險區、噴孔危險區、響煤炮危險區的區域圖像進行火情分析和人體識別分析，將所述區域圖像中的各個像素的灰度值與預定像素灰度閾值比較，計算灰度值大於等於預定像素灰度閾值的像素數量，將所述區域圖像中灰度值在人體灰度上限閾值和人體灰度下限閾值之間的像素識別並組成人體目標圖像，計算人體目標圖像的數量；
區域圖像處理模塊用於在所述瓦斯濃度大於1％時，發出瓦斯提示信號，在所述瓦斯濃度大於1.5％時，發出瓦斯預警信號，在所述瓦斯濃度大於2％時，發出瓦斯報警信號，在所述瓦斯濃度大於5％時，發出瓦斯瀕臨爆炸信號；在所述像素數量大於預設像素數量閾值時，發出火情報警信號，在所述人體目標圖像的數量小於等於預定最少人員數量時，發出現場缺人提示信號；
數據顯示模塊用於顯示每個傳感器的傳輸的數據信息，瓦斯濃度數據信息，區域圖像信息，並在接收到瓦斯提示信號、瓦斯預警信號、瓦斯報警信號、瓦斯瀕臨爆炸信號、火情報警信號、現場缺人提示信號時，實時顯示與瓦斯提示信號、瓦斯預警信號、瓦斯報警信號、瓦斯瀕臨爆炸信號、火情報警信號、現場缺人提示信號分別對應的文字提示信息；在出現瓦斯提示信號、瓦斯預警信號、瓦斯報警信號、瓦斯瀕臨爆炸信號、火情報警信號、現場缺人提示信號時，實時顯示與瓦斯提示信號、瓦斯預警信號、瓦斯報警信號、瓦斯瀕臨爆炸信號、火情報警信號、現場缺人提示信號時，顯示對應的區域位置，並通過無線通信網絡發送到維修維護人員的電腦終端、移動終端。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參考即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。