CN103334781A - 瓦斯抽采安全隐患监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种瓦斯抽采安全隐患监测系统。该系统包括：检测模块、处理模块、开关量输入输出模块、瓦斯抽采泵和瓦斯抽采管道阀门；检测模块对待测空间进行检测获取检测信号；处理模块采用小波分析算法对检测信号进行降噪处理得到检测数据，并将检测数据和设定的安全隐患参数标准值范围进行比较，生成识别结果；开关量输入输出模块根据识别结果生成控制信号；瓦斯抽采泵和/或瓦斯抽采管道阀门根据控制信号保持运行或停止运行。本发明提供的瓦斯抽采安全隐患监测系统，对检测信号采用小波分析算法进行降噪处理，提高了对瓦斯抽采控制的安全性，能够有效的预防瓦斯事故的发生。

Description

瓦斯抽采安全隐患监测系统

技术领域

本发明涉及煤矿安全生产技术领域，尤其涉及一种瓦斯抽采安全隐患监测系统。

背景技术

安全生产在煤矿生产中占有首要位置，它直接关系到煤矿的社会利益和经济效益。作为煤矿安全生产头号杀手的瓦斯灾害，不仅威胁到矿工的生命安全，严重阻碍生产的顺利进行，还关系到煤矿的经济效益。瓦斯抽采是治理瓦斯灾害的根本措施。

现有技术中，采用瓦斯抽采监测系统对井下诸多数据进行实时采集，并对采集得到的数据与安全值进行比较实现对煤矿的安全监测，有效的预防瓦斯事故的发生。

但现有技术存在如下缺陷：采集到的数据稳定性差，精度低，使得对瓦斯抽采控制的安全性降低。

发明内容

本发明提供一种瓦斯抽采安全隐患监测系统，用以解决现有技术中存在的对瓦斯抽采控制的安全性降低的问题。

本发明提供了一种瓦斯抽采安全隐患监测系统，包括：检测模块、处理模块、开关量输入输出模块、瓦斯抽采泵和瓦斯抽采管道阀门；

所述检测模块，用于对待测空间进行检测获取检测信号，并将所述检测信号输入至所述处理模块；所述检测信号包括以下信号中的一种或多种：气体流量、气体压力、气体温度、瓦斯气体浓度和一氧化碳气体浓度；

所述处理模块，用于采用小波分析算法对所述检测信号进行降噪处理得到检测数据，并将所述检测数据和设定的安全隐患参数标准值范围进行比较，生成识别结果输入至所述开关量输入输出模块；

所述开关量输入输出模块，用于根据所述识别结果生成控制信号输入至所述瓦斯抽采泵和/或所述瓦斯抽采管道阀门；

所述瓦斯抽采泵和/或所述瓦斯抽采管道阀门，用于根据所述控制信号保持运行或停止运行。

本发明提供的瓦斯抽采安全隐患监测系统，通过对检测信号采用小波分析算法进行降噪处理，并将降噪处理后得到的检测数据和设定的安全隐患参数标准值范围进行比较，根据得到的识别结果对瓦斯抽采泵和/或瓦斯抽采管道阀门进行控制，由于降噪处理后得到的检测数据稳定性好，精度高，提高了对瓦斯抽采控制的安全性，能够有效的预防瓦斯事故的发生。

附图说明

图1为本发明提供的瓦斯抽采安全隐患监测系统一个实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的瓦斯抽采安全隐患监测系统又一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例及附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明提供的瓦斯抽采安全隐患监测系统一个实施例的结构示意图。如图1所示，该系统可以包括：检测模块11、处理模块12、开关量输入输出模块13、瓦斯抽采泵14和瓦斯抽采管道阀门15，其中：

检测模块11，用于对待测空间进行检测获取检测信号，并将检测信号输入至处理模块12；检测信号包括以下信号中的一种或多种：气体流量、气体压力、气体温度、瓦斯气体浓度和一氧化碳气体浓度；

处理模块12，用于采用小波分析算法对检测信号进行降噪处理得到检测数据，并将检测数据和设定的安全隐患参数标准值范围进行比较，生成识别结果输入至开关量输入输出模块13；

开关量输入输出模块13，用于根据识别结果生成控制信号输入至瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15；

瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15，用于根据控制信号保持运行或停止运行。

具体的，处理模块12分别与检测模块11和开关量输入输出模块13电连接，开关量输入输出模块13还分别与瓦斯抽采泵14和瓦斯抽采管道阀门15电连接。

检测模块11可根据技术人员的经验设置在矿井下的适当位置，用于检测待测空间中的安全隐患参数（包括以下参数中的一种或多种：气体流量、气体压力、气体温度、瓦斯气体浓度和一氧化碳气体浓度），并将检测到的非电量的安全隐患参数转换为电量的检测信号（包括电压格式的信号、电流格式的信号和频率格式的信号）输入至处理模块12。

处理模块12通过模数转换通道接收检测模块11输入的电压格式和电流格式的检测信号，并转化为数字量的检测信号，通过频率捕捉通道接收检测模块11输入的频率格式的检测信号，并对接收进来的检测信号进行降噪处理，具体可以采用现有的各种降噪方法，例如小波分析算法，对检测信号进行降噪处理，提取降噪处理后的信号的特征值，得到检测数据，并将检测数据和设定的安全隐患参数标准值范围进行比较，若检测数据在设定的安全隐患参数标准值范围内，则生成保持运行的识别结果输入至开关量输入输出模块13，若检测数据不在设定的安全隐患参数标准值范围内，则生成停止运行的识别结果输入至开关量输入输出模块13。处理模块12具体可以为中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU），例如基于ARM920T内核的16位或32位RISC微处理器S3C2440A。

开关量输入输出模块13通过光电隔离电路与处理模块12电连接。开关量输入输出模块13根据处理模块12输入的保持运行的识别结果，生成控制信号“1”输入至瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15，瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15根据接收到的控制信号“1”保持运行。开关量输入输出模块13根据处理模块12输入的停止运行的识别结果，生成控制信号“0”输入至瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15，瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15根据接收到的控制信号“0”停止运行。瓦斯抽采泵14、瓦斯抽采管道阀门15分别设置在瓦斯抽采管道中，用于控制瓦斯的抽采。

小波分析算法，源于对傅里叶Fourier算法的改进，是一种信号的时间－频率分析方法。与传统的滤波方法相比较，小波分析在时域和频域都具有良好的局部化分析特点，它具有处理局部或暂态信号的能力，能有效地从信号中提取信息。

基于小波分析的降噪方法分为以下3个步骤：

1、选择合适的小波函数和小波分解层数，对待降噪信号进行小波分解；对小波分解后的信号进行正交小波变换，得到相应的小波分解系数。

小波函数的选取，目前主要通过大量的仿真研究结果与理论结果的误差来进行筛选。本实施例选用dbN小波函数和symN小波函数。

2、选择合适的阈值，对小波分解系数中的高频系数进行阈值量化处理，得到新的小波系数。

阈值的选取对滤波结果有着直接的影响，其阈值选取的规则分别为：

（1）SURE阈值（rigrsure）：

基于Stein的无偏似然估计准则的自适应阈值。通过均方差准则的无偏估计可求得所需的阈值。

（2）通用阈值（sqtwolog)

固定阈值方式，其算法是

λ为阈值，σ为噪声标准差，N为信号长度。

（3）启发式SURE阈值（heur sure）：

是前两种阈值的综合，如果信号信噪比很小，无偏似然估计的误差交大，则采用通用阈值；反之，选取前两种阈值中的较小者。

（4）极小极大阈值（mini maxi）：

均方差意义下的最优阈值。其算法是：

$\mathrm{\λ}=\left\{\begin{array}{cc}0,& N\≤32\\ {\mathrm{\σ}}_N(0.396+0.1829\×{\log }_{2}N),& N>32\end{array}\right.$

其中，λ为阈值，σ为噪声标准差，N为信号长度。

阈值量化处理中，阈值函数分为硬阈值函数和软阈值函数两种：

（1）硬阈值函数为：

${\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{\&lambda;}}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&omega;},& \left|\mathrm{\&omega;}\right|\&GreaterEqual;\mathrm{\&lambda;}\\ 0,& \left|\mathrm{\&omega;}\right|<\mathrm{\&lambda;}\end{array}\right.$

（2）软阈值函数为：

${\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{\&lambda;}}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{sign}\left(\right|\mathrm{\&omega;}|-\mathrm{\&lambda;}),& \left|\mathrm{\&omega;}\right|\&GreaterEqual;\mathrm{\&lambda;}\\ 0,& \left|\mathrm{\&omega;}\right|<\mathrm{\&lambda;}\end{array}\right.$

其中，ω_λ为阈值量化处理后的小波系数，ω为阈值量化处理后的小波系数，λ为阈值。

3、根据阈值量化处理后的小波系数进行小波逆变换，得到降噪处理后的信号。

本实施例提供的瓦斯抽采安全隐患监测系统，通过对检测信号采用小波分析算法进行降噪处理，并将降噪处理后得到的检测数据和设定的安全隐患参数标准值范围进行比较，根据得到的识别结果对瓦斯抽采泵和/或瓦斯抽采管道阀门进行控制，由于降噪处理后得到的检测数据稳定性好，精度高，提高了对瓦斯抽采控制的安全性，能够有效的预防瓦斯事故的发生。

图2为本发明提供的瓦斯抽采安全隐患监测系统又一个实施例的结构示意图。如图2所示，该系统在图1所示实施例的基础上还可以包括：采集模块21；采集模块21，用于采集检测模块11输出的检测信号，若检测信号为电压或电流信号，则对检测信号进行滤波、调整幅度、隔离和限制幅度处理后输入至处理模块12；若检测信号为频率信号，则对检测信号进行滤波和隔离处理后输入至处理模块12。

具体的，采集模块21分别与检测模块11和处理模块12电连接。采集模块21采集检测模块11输出的检测信号，对电压格式或电流格式的检测信号进行滤波、调整幅度、隔离和限制幅度处理后输入至处理模块12，对频率格式的检测信号进行滤波和隔离处理后输入至处理模块12。

进一步的，检测模块11具体可以包括以下一种或多种传感器：检测气体流量的流量传感器22、检测气体压力的压力传感器23、检测气体温度的温度传感器24、检测瓦斯气体浓度的瓦斯传感器25和检测一氧化碳气体浓度的一氧化碳传感器26。

具体的，流量传感器22可以设置在矿井通道内，用于检测矿井通道内部的气体流量，和/或设置在瓦斯抽采管道中，用于检测瓦斯抽采管道中的气体流量。压力传感器23可以设置在矿井通道内，用于检测矿井通道内部的气体压力，和/或设置在瓦斯抽采管道中，用于检测瓦斯抽采管道中的气体压力。温度传感器24可以设置在矿井通道内，用于检测矿井通道内部的温度，和/或设置在瓦斯抽采管道中或管道周围，用于检测瓦斯抽采管道中的温度或环境温度。瓦斯传感器25可以设置在矿井通道内，用于检测矿井通道内部的瓦斯气体流浓度，和/或设置在瓦斯抽采管道中，用于检测瓦斯抽采管道中的瓦斯气体浓度。一氧化碳传感器26可以设置在矿井中的胶带运输机上，用于检测胶带着火时生成的一氧化碳气体浓度，和/或设置在矿井通道内，用于检测矿井通道内部的一氧化碳气体浓度，和/或设置在瓦斯抽采管道中，用于检测瓦斯抽采管道中的一氧化碳气体浓度。

进一步的，该系统还可以包括：报警模块27；报警模块27，用于根据识别结果生成报警信号。

具体的，报警模块27与处理模块12电连接。报警模块27具体可以为音频报警设备或灯光报警设备，当接收到处理模块12输入的停止运行的识别结果时，生成报警信号，以声音或灯光的形式进行报警，用于提示操作人员当前矿井下存在安全隐患，以便于及时排除安全隐患。

进一步的，该系统还可以包括：显示模块28和/或输入模块29；

显示模块28，用于显示降噪处理后的检测数据和识别结果；输入模块29，用于将安全隐患参数标准值范围和控制瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15保持运行或停止运行的第一控制命令输入至处理模块12。

具体的，显示模块28和输入模块29分别与处理模块12电连接。显示模块28具体可以为现有的各种显示屏，例如薄膜晶体管（Thin FilmTransistor，简称TFT）液晶显示屏，用于接收处理模块12输入的降噪处理后的检测数据和识别结果并显示。输入模块29具体可以为键盘等输入装置，用于将安全隐患参数标准值范围输入至处理模块12，将控制瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15保持运行或停止运行的第一控制命令输入至处理模块12，实现对瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15运行状态的实时控制。

进一步的，该系统还可以包括：通信接口30；通信接口30，用于将降噪处理后的检测数据和识别结果输入至上位机，并将上位机输入的控制瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15保持运行或停止运行的第二控制命令输入至处理模块12。

具体的，通信接口30分别与上位机和处理模块12电连接。通信接口30采用RS485串行总线标准，具体可以为完全集成式隔离数据收发器，例如数据收发器ADM2587，用于将处理模块12输入的降噪处理后的检测数据和识别结果输入至上位机，并将上位机输入的控制瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15保持运行或停止运行的第二控制命令输入至处理模块12，实现对瓦斯抽采泵14和/或瓦斯抽采管道阀门15运行状态的远程控制。

进一步的，该系统还可以包括：存储模块31；存储模块31，用于存储安全隐患参数标准值范围和报警信号。

具体的，存储模块31与处理模块12电连接。存储模块31具体可以为可电擦除的可编程序的只读存储器（Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EEPROM），用于接收处理模块12输入的安全隐患参数标准值范围和报警信号并存储。EEPROM具有掉电数据不丢失的功能，可以很好的实现安全隐患参数标准值范围和报警信号的安全存储。

另外，为了提高处理模块12运行过程的可靠性，可采用现有的隔爆电源为处理模块12供电，隔爆电源可根据处理模块12所需的工作电压或电流来选用适当的型号。

本实施例提供的瓦斯抽采安全隐患监测系统，通过对检测信号采用小波分析算法进行降噪处理，并将降噪处理后得到的检测数据和设定的安全隐患参数标准值范围进行比较，根据得到的识别结果对瓦斯抽采泵和/或瓦斯抽采管道阀门进行控制，由于降噪处理后得到的检测数据稳定性好，精度高，提高了对瓦斯抽采控制的安全性，能够有效的预防瓦斯事故的发生。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种瓦斯抽采安全隐患监测系统，其特征在于，包括：检测模块、处理模块、开关量输入输出模块、瓦斯抽采泵和瓦斯抽采管道阀门；

所述检测模块，用于对待测空间进行检测获取检测信号，并将所述检测信号输入至所述处理模块；所述检测信号包括以下信号中的一种或多种：气体流量、气体压力、气体温度、瓦斯气体浓度和一氧化碳气体浓度；

所述处理模块，用于采用小波分析算法对所述检测信号进行降噪处理得到检测数据，并将所述检测数据和设定的安全隐患参数标准值范围进行比较，生成识别结果输入至所述开关量输入输出模块；

所述开关量输入输出模块，用于根据所述识别结果生成控制信号输入至所述瓦斯抽采泵和/或所述瓦斯抽采管道阀门；

所述瓦斯抽采泵和/或所述瓦斯抽采管道阀门，用于根据所述控制信号保持运行或停止运行。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：采集模块；

所述采集模块，用于采集所述检测模块输出的所述检测信号，若所述检测信号为电压或电流信号，则对所述检测信号进行滤波、调整幅度、隔离和限制幅度处理后输入至所述处理模块；若所述检测信号为频率信号，则对所述检测信号进行滤波和隔离处理后输入至所述处理模块。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述检测模块包括以下一种或多种传感器：检测气体流量的流量传感器、检测气体压力的压力传感器、检测气体温度的温度传感器、检测瓦斯气体浓度的瓦斯传感器和检测一氧化碳气体浓度的一氧化碳传感器。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括：报警模块；

所述报警模块，用于根据所述识别结果生成报警信号。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括：显示模块和/或输入模块；

所述显示模块，用于显示所述降噪处理后的所述检测数据和所述识别结果；

所述输入模块，用于将所述安全隐患参数标准值范围和控制所述瓦斯抽采泵和/或所述瓦斯抽采管道阀门保持运行或停止运行的第一控制命令输入至所述处理模块。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括：通信接口；

所述通信接口，用于将所述降噪处理后的所述检测数据和所述识别结果输入至上位机，并将所述上位机输入的控制所述瓦斯抽采泵和/或所述瓦斯抽采管道阀门保持运行或停止运行的第二控制命令输入至所述处理模块。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：存储模块；

所述存储模块，用于存储所述安全隐患参数标准值范围和所述报警信号。

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