CN105185040A - 矿井突水实时监测预警及逃生引导*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿井突水实时监测预警及逃生引导***，属于矿山预警技术领域。该***包括矿井突水监测预警装置和矿井突水仿真***。矿井突水监测预警装置包括主机、从机、交换机、服务器，矿井突水仿真***宿主于服务器，服务器建立矿井三维模型并定位从机位置后，从机以约定时间间隔将其感应器模块实时监测的矿井信息通过无线自组织网络发送至主机，主机整合从机信息并发送至服务器进行突水仿真，仿真结果经过动态修正后通过动态仿真显示、点亮引导灯形式分别传达给管理者及井下人员。***相关数据可用于后期分析研究，兼顾突水发生前后全过程及人员定位，有效协助矿井突水救援。

Description

矿井突水实时监测预警及逃生引导***

技术领域

本发明涉及矿山预警技术领域，特别是指一种矿井突水实时监测预警及逃生引导***。

背景技术

矿井突水灾害是矿业生产中数量多、危害大的重要地质灾害之一。近年来，对于矿井突水灾害的成因及特征分析已取得巨大进步，然而矿井地质及人工条件交错复杂，无论从水压、地压、厚度、突水系数、空气湿度、水体成分等诸多因素的独立或组合分析，都不能很好的建立矿井突水预测模型，实现矿井突水的有效预测。因此原因，尽管矿井突水仿真领域成果卓越，但仿真前提往往基于人为给定的虚拟突水条件，突水仿真的准确性无法验证，通过模拟得到的救避险方案也无法在实际生产中得到应用。并且现有的预测方法不能实时采集矿井突水前后的全程信息，无法构建矿井突水的“大数据”。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种矿井突水实时监测预警及逃生引导***。

该***包括矿井突水监测预警装置和矿井突水仿真***，矿井突水监测预警装置包括主机、从机、交换机和服务器，矿井突水仿真***宿主于服务器，主机与从机通过数据信号连接，主机通过交换机与服务器连接。

其中，主机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、无线传输模块、存储模块、蜂鸣器、显示屏，从机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、传输模块、存储模块、传感器模块、蜂鸣器、引导灯、显示屏，主机和从机防尘防水，从机的传输模块包括无线传输模块、红外传输模块、RFID模块，从机的传感器模块包括淹没传感器、湿度传感器、温度传感器、流速传感器。

无线传输模块是一种采用无线自组织网络传输技术，以实现从机与主机间相互无线通信的装置；

红外传输模块是一种采用红外线传输技术，以实现从机“特征编码”的查看及修改的装置；

RFID模块是一种非接触式的无线射频自动识别技术，以实现井巷人员定位及救援的装置；

存储模块是一种用于存取主机、从机本身及感应器信息的扩展Flash存储，实现设备失联时数据储存以备找回的装置；

淹没传感器是一种导通传感器，平常为断路，淹没时通路，用以确定预设高度是否被水淹没，监测淹没高度的装置；

湿度传感器是一种通过监测环境湿度，以判断挂汗、雾化现象发生的装置；

温度传感器是一种通过监测环境温度，以判断接近积水区时空气变冷现象发生的装置；

流速传感器是一种利用霍尔元件通过监测单位时间内叶轮转数间接判断水体流速的装置；

引导灯是一种能够实现方向指引的发光装置，以实现预测突水或发生突水时的救避险路线指引功能；

显示屏是一种能够实现文字显示的液晶显示屏，以实现日常指标信息及突水信息的显示。

利用该***进行矿井突水实时监测预警的方法为：将拥有唯一特征编码的从机数据信息录入服务器中，服务器通过矿井突水仿真***建立矿井三维模型并定位分别拥有唯一特征编码的从机位置及摆放方向，从机以约定时间间隔将其传感器模块实时监测的矿井淹没状态、湿度、温度、水体流速及人员信息显示于从机的显示屏并发送给上层主机，上层主机整合下属各从机信息并通过交换机发送至服务器进行模拟分析；主机、从机若发送数据失败则分别将数据存储在从机的存储模块和主机的存储模块中以备找回；服务器根据各组数据进行突水仿真，实现突水发生预警、突水漫延预测及救避险线路规划，并根据新数据实时进行修正，服务器的模拟及预测结果通过动态仿真显示方式传达给管理者，通过主机至从机方式反馈控制信号(包括开启主机蜂鸣器、开启从机蜂鸣器、点亮从机逃生方向引导灯、在从机显示屏显示灾情信息)传达给井下工作人员，井下工作人员携带工卡(工卡内嵌RFID模块)通过从机定位自身位置，实现常时的到岗管理及突水时的救援。

其中，布置从机时按照统一布置规则，明确其引导灯左右指向。每台从机仅对接一部指定主机进行数据传输，一部主机同时与一部及以上指定从机进行数据传输，各主机共同通过一部交换机与服务器进行数据传输。主机与从机间采用无线方式进行数据传输，主机、交换机、服务器间采用有线方式进行数据传输。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，将矿井突水指标监测以常设设备形式固定化，消除以往监测随机性、周期长与人为误差大的缺点；将突水预测与三维仿真技术相结合，不仅提供是否发生突水的预测结果，更模拟出突水发生后水体漫延的时间和空间结果，进行动态仿真显示；采用无线自组织网络形式实现主、从机通讯，有效提高井下通讯稳定性与灵活性；矿井突水指标监测贯穿突水发生前及发生后，可以实现突水情况的实时监测及预测结果的动态修正，避免由于人为算法缺陷及未知因素导致的预测失误；借助引导灯的指示，将突水救避险线路规划的结果及时反馈给井下工作人员，发挥救助引导作用；借助已成功传输至服务器的、设备失联后本身存储可后期找回的突水数据，为矿井突水的“大数据”实现提供了可能。

附图说明

图1为本发明的矿井突水实时监测预警及逃生引导***的结构示意图；

图2为本发明的矿井突水实时监测预警及逃生引导***的从机结构示意图；

图3为本发明的矿井突水实时监测预警及逃生引导***的主机结构示意图；

图4为本发明实施例1***的布置示意图；

图5为本发明实施例1的I-I剖面结构示意图。

其中：1-主机一；2-主机二；3-从机一；4-从机二；5-从机三；6-从机四；7-从机五；8-从机六；9-从机七；10-从机八；11-从机九；12-从机十；13-从机十一；14-从机十二；15-从机十三；16-从机十四；17-突水点一；18-突水点二；19-人员一；20-人员二；21-人员三；22-主井；23-副井一；24-副井二。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的矿井突水监测***并不能实时监测数据信息等问题，提供一种矿井突水实时监测预警及逃生引导***。

如图1所示，该***包括矿井突水监测预警装置和矿井突水仿真***，矿井突水监测预警装置包括主机、从机、交换机和服务器，矿井突水仿真***宿主于服务器，主机与从机通过无线自组织网络数据信号连接，主机通过交换机与服务器连接。

如图2所示，从机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、传输模块、存储模块、传感器模块、蜂鸣器、引导灯、显示屏，其中，传输模块包括无线传输模块、红外传输模块、RFID模块，感器模块包括淹没传感器、湿度传感器、温度传感器、流速传感器，淹没传感器是一种导通传感器，平常为断路，淹没时通路，用以确定预设高度是否被水淹没，监测淹没高度的装置；湿度传感器是一种通过监测环境湿度，以判断挂汗、雾化现象发生的装置；温度传感器是一种通过监测环境温度，以判断接近积水区时空气变冷现象发生的装置；流速传感器是一种利用霍尔元件通过监测单位时间内叶轮转数间接判断水体流速的装置。

传感器的选取可采用下表1方式：

表1传感器选取

如图3所示，主机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、无线传输模块、存储模块、蜂鸣器、显示屏。

该***具体的监测预警方法为：

将矿井数字特征录入服务器“矿井突水仿真***”搭建矿井三维仿真模型，布置各从机于矿井内，以唯一特征编码为基准将各从机与三维矿井模型建立空间、时间对应关系，实现三维动态显示。布置从机时按照统一布置规则，明确其引导灯左右指向。每台从机仅对接一部指定主机进行数据传输，一部主机同时与一部及以上指定从机进行数据传输，各主机共同通过一部交换机与服务器进行数据传输。主机与从机间采用无线自组织网络方式进行数据传输，主机、交换机、服务器间采用有线方式进行数据传输。***工作时，从机的单片机在约定间隔时间内监测并记录传感器模块数字信号：淹没传感器相应端口高低点位信号、湿度传感器数字信号、温度传感器数字信号、流速传感器数字信号；并将以上四类信号值在从机显示屏上进行显示后，连同所在从机自身特征编码、时间特征值，通过无线传输模块以无线自组织网络方式发送至所属上层主机，若传输失败则存储于从机的存储模块。上层主机通过无线通信模块接收下层从机数据后，汇编该时刻下层各从机数据后以有线方式通过交换机传输至服务器，若传输失败则存储于主机的存储模块。服务器机获得数据后，首先根据预设值及之前各时刻数据组进行数据分析比较：若分析结果为不发生突水，则反馈警报解除信号，通过主机逐层发送至各从机，停止蜂鸣器，关闭引导灯，恢复显示屏常态信息显示，并等待获得下一组数据以再次执行数据分析比较；若分析结果为预测突水或发生突水，则反馈警报信号，进行突水仿真模拟出未来突水时间、空间特性，并根据预设算法规划逃生路线，通过主机逐层发送至各从机反馈控制信号，启动蜂鸣器，点亮引导灯相应逃生方向一侧，显示屏显示突水情况信息(预测突水时、发生突水时执行操作相同，但显示屏显示信息不同)，至获得新的数据时再次执行数据分析比较，根据实时反馈的水体指标及时修正自身预测结果，减小由于人为算法缺陷导致及未知因素的预测失误。同时，服务器将全过程进行动态仿真显示。井下工作人员配备内置RFID模块的工卡，通过从机的RFID模块可读取工卡储存的员工工号，采用单片机中断机制，将员工工号、从机特征编码及时间特征值通过无线传输模块以无线方式发送至所属上层主机。上层主机通过无线通信模块接收下层从机数据后以有线方式通过交换机传输至服务器，服务器将员工位置进行动态仿真显示，实现到岗管理的目的。当预测突水或发生突水时，通过动态仿真显示显示员工位置及工号，以辅助管理者组织救援工作。

实施例1

如图4、图5所示，在一中央对角式布置的主井22和副井一23、副井二24简化矿井中，主井22、副井一23均采用罐笼以运输人员及货物，副井二24采用箕斗以运输货物，不可运输人员。根据矿井特点，布置***交换机、主机间通信线于主井22内，约定从机布置规则为贴于远离出口一侧墙面，于矿井内布置2台主机，14台从机，每台主机负责从机数量小于10，故从机采用两位特征编码。于上层沿脉平巷布置一台主机一1，负责对接该层从机一3、从机二4、从机三5、从机四6、从机五7、从机六8和从机七9共7台从机；于下层沿脉平巷布置一台主机二2，负责对接该层从机八10、从机九11、从机十12、从机十一13、从机十二14、从机十三15和从机十四16共7台从机。

在T1～T3时刻，***收到数据如表2。

表2T1～T3时刻数据

在T1时刻，***根据各从机被淹没时间、相互间的空间位置及流速传感器数据，判定突水点一处，以突水点一17位于从机五7位置进行突水仿真并规划逃生路线，进行动态仿真显示，并向主机、从机反馈控制信号。

在T3时刻，***根据各从机被淹没时间、相互间的空间位置及流速传感器数据，修正突水点存在两处，以突水点一17位于从机四6、从机五7之间，突水点二18位于从机九11、从机十12之间进行突水仿真并规划逃生路线，进行动态仿真显示，并向主机、从机反馈控制信号。各主机、从机执行操作如表3。

表3T3时刻主机、从机执行操作

T3时刻，依据引导灯指示，人员一19应往西跑由副井一23逃生；人员二20已被困，应原地等待救援或尝试往东跑尝试从副井二24逃生；人员三21应往东跑由主井逃生。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种矿井突水实时监测预警及逃生引导***，包括矿井突水监测预警装置和矿井突水仿真***，其特征在于：矿井突水监测预警装置包括主机、从机、交换机和服务器，矿井突水仿真***宿主于服务器，主机与从机通过数据信号连接，主机通过交换机与服务器连接。

2.根据权利要求1所述的矿井突水实时监测预警及逃生引导***，其特征在于：所述主机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、无线传输模块、存储模块、蜂鸣器、显示屏，所述从机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、传输模块、存储模块、传感器模块、蜂鸣器、引导灯、显示屏，主机和从机防尘防水。

3.根据权利要求1或2所述的矿井突水实时监测预警及逃生引导***，其特征在于：所述从机的传输模块包括无线传输模块、红外传输模块、RFID模块。

4.根据权利要求1所述的矿井突水实时监测预警及逃生引导***，其特征在于：所述从机的传感器模块包括淹没传感器、湿度传感器、温度传感器、流速传感器。

5.根据权利要求1所述的矿井突水实时监测预警及逃生引导***，其特征在于：每台从机通过自组织网络仅对接一部指定主机进行数据传输，一部主机同时与一部及以上指定从机进行数据传输，各主机共同通过一部交换机与服务器进行数据传输。

6.根据权利要求1所述的矿井突水实时监测预警及逃生引导***，其特征在于：所述主机与从机间采用无线自组织网络方式进行数据传输，主机、交换机、服务器间采用有线方式进行数据传输。

7.根据权利要求1所述的矿井突水实时监测预警及逃生引导***，其特征在于：所述从机或主机未成功上传至所属上层的数据信号存储在从机或主机的存储模块中。

8.采用权利要求1所述的矿井突水实时监测预警及逃生引导***进行矿井突水实时监测预警的方法，其特征在于：将拥有唯一特征编码的从机数据信息录入服务器中，服务器通过矿井突水仿真***建立矿井三维模型并定位分别拥有唯一特征编码的从机位置及摆放方向，从机以约定时间间隔将其传感器模块实时监测的矿井淹没状态、湿度、温度、水体流速及人员信息显示于从机的显示屏并发送给上层主机，上层主机整合下属各从机信息后通过交换机发送至服务器进行模拟分析；主机、从机若发送数据失败则分别将数据存储在从机的存储模块和主机的存储模块中以备找回；服务器根据各组数据进行突水仿真，实现突水发生预警、突水漫延预测及救避险线路规划，并根据新数据实时进行修正，服务器的模拟及预测结果通过动态仿真显示方式传达给管理者，通过主机至从机方式反馈控制信号，井下工作人员携带工卡通过从机定位自身位置，实现常时的到岗管理及突水时的救援。

9.根据权利要求8所述的矿井突水实时监测预警及逃生引导***，其特征在于：所述控制信号包括开启主机蜂鸣器、开启从机蜂鸣器、点亮从机逃生方向引导灯、在从机显示屏显示灾情信息；所述工卡内嵌RFID模块。