一種煤巖動力災害多參量無線監測綜合預警技術與方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤巖動力災害多參量無線監測綜合預警技術與方法，屬于煤巖瓦斯動力災害監測預警領域。
【背景技術】
[0002]煤炭是我國的重要能源，在我國能源消耗比例約為67%，極大地影響著國民經濟的發展。根據我國的“十二五”發展報告，到本世紀中葉，煤炭在我國一次能源結構中所占的比例仍難低于50%。因此，在未來一段時間內，煤炭將繼續作為我國最重要的能源。
[0003]近年來，我國煤礦煤與瓦斯突出和爆炸事故頻發，成為煤礦安全生產的最大隱患。且隨著開采深度的增加，瓦斯涌出量增大，瓦斯事故的比例還會增加。據統計，在煤礦事故中，由瓦斯引起的工傷事故約占30%?40%，瓦斯災害主要表現為瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出事故，尤其是煤與瓦斯突出、沖擊地壓等事故的發生具有突然性、破壞性極強，給煤礦安全生產帶來了極為嚴重的影響，嚴重制約著煤礦的安全生產。
[0004]目前，對煤巖瓦斯動力災害的預警方法主要分為接觸式預警方法和非接觸式預警方法，接觸式預警方法簡單，需要一定的工程量和較長的預測時間，對煤礦采掘工作具有一定的影響。非接觸式預警方法主要有聲發射、電磁輻射法以及神經網絡預測方法、灰色理論法、自然計算法(遺傳算法、蟻群算法)、模糊理論法、聚類法、模式識別法、可拓法等其他方法，該方法具有省時省力、工程量小等特點，不影響采掘工作的進行。但由于該種方法多采用有線傳輸的方式，對安全生產具有一定的影響，且無法對采掘工作面煤巖瓦斯動力災害進行實時的預測，對現場生產的作用有限。
[0005]智慧線是指一種高帶寬無線接入技術，是借助物聯網與通訊技術在封閉特殊環境中支持高精度定位和無線接入能力的全新無線數字通信系統，具有精確度高、傳輸能力強、智能維護等特點。本發明基于智慧線無線高速傳輸這一優點，以采動影響情況下工作面煤體物理信號為基礎，確定煤巖瓦斯動力災害判識指標，建立煤巖瓦斯動力災害判識方法及預警技術，形成煤礦煤巖瓦斯動力災害的監測系統，研制、開發井下無線預警相關軟件及裝備，形成煤巖瓦斯動力災害無線多參量遠程監測預警技術平臺。
[0006]本發明直接來源于實際煤礦安全生產的重大需求，直接服務于煤礦安全生產，滿足煤炭工業和煤礦安全的市場需求。煤礦災害的發生往往具有潛在性、突發性特點，并極具破壞性和災難性，尤其是煤巖瓦斯動力災害一直是治理重點和難點。
[0007]如何在進一步揭示煤巖瓦斯動力災害規律的基礎上，運用其規律和事故原理產生對其超前預防、控制的科學方法，特別是結合我國煤礦的具體特點，設計一種無線、多參量、大數據、區域與局部相結合、立體三維全覆蓋的煤巖瓦斯動力災害遠程監測分級綜合預警平臺就成為本發明要解決的問題。
【發明內容】
[0008]鑒于上述現有技術領域中的實際情況，本發明旨在提供一種全新的、通用性強的、無線、多參量、大數據、區域與局部相結合、立體三維全覆蓋的煤巖瓦斯動力災害遠程監測分級綜合預警平臺。
[0009]—種煤巖動力災害多參量無線監測綜合預警技術與方法主要有數據采集單元、數據儲存與處理單元、綜合預警單元組成。
[0010]數據采集單元，用于煤礦井下煤體應力值、瓦斯濃度頂板壓力值、聲發射能量與頻率，電磁輻射強度與脈沖值，微震區域能量、震級與事件數等數據的采集，并通過智慧線上傳至數據儲存與處理單元的服務器中；
[0011]數據儲存與處理單元，將采集到的數值經過整理、耦合分析對比各參數及近期相應數值得出預警結果存儲于服務器中，并上傳至綜合預警單元；
[0012]綜合預警單元，將預警信息通過智慧線網絡發送至監控大屏幕、電腦端、手機端等。
[0013]所述數據采集單元包括以工作面煤體應力變化信號為基礎的煤體應力無線傳感器、以工作面瓦斯涌出濃度變化信號為基礎的瓦斯濃度無線監測傳感器、能反映工作面頂板壓力變化為基礎的頂板壓力無線監測系統、能反映工作面煤巖體破裂聲信號變化為基礎的聲發射無線監測傳感器、能反映工作面煤巖體破裂電磁輻射變化為基礎的電磁輻射無線監測裝置、能反映工作面煤巖體破裂微震事件變化為基礎的微震無線監測傳感器等。
[0014]所述無線即上述應力無線傳感器、瓦斯濃度無線傳感器、頂板壓力無線監測系統、聲發射無線傳感器、電磁輻射無線監測裝置、微震無線監測傳感器皆為無線設備，其中嵌入“智慧線”芯片，并通過“智慧線”上傳至所述數據儲存與處理單元。
[0015]所述多參量即包括煤礦井下煤體應力值、瓦斯濃度頂板壓力值、聲發射能量與頻率，電磁輻射強度與脈沖值，微震區域能量、震級與事件數，將這些煤巖瓦斯動力災害數據耦合分析，得出煤巖瓦斯動力災害監測預警指標變化規律;定量分析煤巖瓦斯動力災害危險性和指標的相關性，確定預警的臨界指標值，得出煤巖瓦斯動力災害判識準則;給出多參量監測預警方法及報警方式。確定井下無線傳輸與地面有線監測預警平臺的對接技術;建立采掘工作面煤巖瓦斯動力災害無線遠程監控綜合預警平臺；開發大數據、多參量監測預警軟件系統。
[0016]所述的數據采集裝置設計如下:
[0017]所述數據采集裝置包括各無線傳感器及監測裝置2、無線收發裝置，所述無線收發裝置包括電源、無線收發裝置主體1、礦用智能手機主板，所述無線收發裝置主體I包括與“智慧線”無線對接的芯片3、信號接收裝置導線11、信號接收器4、信號發射器5，所述信號接收裝置導線11與各無線傳感器及監測裝置2相連，所述各無線傳感器及監測裝置2用于監測巷道內各項數值;所述的手機主板與信號接收器4、信號發射器5通過無線信號對接。
[0018]所述數據儲存與處理單元包括，數據儲存模塊、數據分析模塊;所述數據儲存模塊根據智慧線上傳的各項煤巖瓦斯動力災害參量傳輸至數據分析模塊的數據庫服務器中，并將各參量值和分析結果儲存，方便隨時調用耦合對比；所述數據分析模塊調用數據儲存模塊服務器中的各項煤巖瓦斯動力災害數據進行數據分析及繪圖，對比分析同期及一段時間內各參量的變化，以此判斷是否達到預警條件，并將分析結果上傳至綜合預警單元。
[0019]所述綜合預警單元包括，自動預警模塊、展示模塊、數據查詢模塊;所述綜合預警單元通過“智慧線”系統交換機與其他部門建立聯系并進行數據交互，一旦獲取預警信息自動啟動預警模塊，將預警信息發送至移動端、電腦端、監控大屏幕，通過信息網絡進行全方位展示;所述展示模塊，包括移動端、電腦端、監控大屏幕等，實時呈現各項參量數值及其巷道內的情況;所述數據查詢模塊，可查詢各傳感器位置及監測值、巷道內情況和人員位置。
[0020]所述技術的工作流程如下:
[0021](I)獲取煤礦井下煤體應力值，瓦斯濃度，頂板壓力值，聲發射能量與頻率，電磁輻射強度與脈沖值，微震區域能量、震級與事件數等數據，并通過智慧線上傳至數據庫服務器；
[0022](2)分析交叉比對一段時間內上述各項參數，依據煤巖瓦斯動力災害判識準則和預警的臨界指標，判斷是否上傳預警信息；
[0023](3)收到預警信息后，同時在手機端、電腦端和監控大屏幕顯示該預警信息，并發送該區域位置及現場實時情況；
[0024]所述預警方法，包括超限預警和趨勢預警。各傳感器及系統采集煤礦井下參量，根據預設的煤巖瓦斯動力災害判斷準則，確定數據是否超限；若是，將預警信息上傳，并確定相應工作面或巷道情況;若否，則選取一定的時間間隔獲取煤巖瓦斯動力災害參數中的關鍵參數，根據關鍵參數的歷史變化規律，獲得關鍵參數的變化趨勢，判斷關鍵參數變化趨勢是否異常，對未來趨勢預警。在進行現場調整后，再次采集新數據，并進行異常判斷、預測和調控，實現煤巖瓦斯動力災害參數的異常診斷、預警及優化調控。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明中所述傳感器與“智慧線”芯片耦合結構示意簡圖。
[0026]圖2為本發明中所述基于智慧線的多參數綜合預警平臺
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖通過【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0028]如圖1所示，本發明實施測值系統或傳感器與“智慧線”芯片耦合的方式。