CN105298543A - 一种煤矿矿压分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿矿压分析系统，包括井下数据采集子系统、井上数据处理子系统、井上矿压管理子系统以及通信模块，所述井上数据处理子系统通过通信模块接收井下数据采集子系统采集的原始数据，数据经井上数据处理子系统解析再通过通信模块传输给井上矿压管理子系统。本发明提供的煤矿矿压分析系统，通过井下数据采集子系统能够采集更全面的监测数据以供矿压分析使用，此外，井上数据处理子系统和井上矿压管理子系统采用C/S结构，实现综采工作面实时信息监控、搜索与预警，对信息的存储及历史查询，同时可对历史数据进行分析以及回看历史数据。

Description

一种煤矿矿压分析系统

技术领域

本发明属于煤矿安全监控技术领域，具体涉及一种煤矿矿压分析系统。

背景技术

当前，安全生产问题已成为煤矿生产过程中的焦点和难点。在各类矿井事故中，矿山压力所造成的事故位居前列，主要体现在巷道壁稳定性，顶板支撑受力范围，液压支架稳定性等方面，其主要原因因为巷道内部矿压，巷壁压以及周期来压等参数未及时准确地采集、处理和预警。

目前煤矿上对于顶板事故防治主要是矿压监测，矿压监测有以下监测手段，包括在煤矿井下综采工作面液压支架上安装综采支架压力传感器、在巷道顶板上安装顶板里层传感器、在煤岩体中安装承载应力传感器、在巷道围岩支护锚杆上安装锚杆应力传感器。上述监测手段都是独立布置或是人工读取，所以自动化程度低，数据采集不便，且处理繁琐、容易出错、信息反馈周期长等原因，未能从根本上达到及时指导生产的要求。为克服上述不足，还有一种矿压监测系统，该矿压监测系统主要实现的功能是对矿压数据进行收集和显示，但是没有完善的数据库，且并不能对数据进行各种统计分析和预警，不能回看历史数据，再现历史状态。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种煤矿矿压分析系统，该系统能够实现综采工作面实时信息监控、搜索与预警，对信息的存储及历史查询，同时可对历史数据进行分析以及回看历史数据。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：包括井下数据采集子系统、井上数据处理子系统、井上矿压管理子系统以及通信模块，所述井上数据处理子系统通过通信模块接收井下数据采集子系统采集的原始数据，数据经井上数据处理子系统解析再通过通信模块传输给井上矿压管理子系统；

所述井下数据采集子系统包括传感器、控制器以及支架电液控主机，控制器用于接收传感器所监测到的数据，并发送至支架电液控主机，支架电液控主机用于集中采集所有控制器的数据；

所述井上数据处理子系统包括监测分析服务器，用于接收井下数据采集子系统采集的数据，并将数据解析存入数据库；

所述井上矿压管理子系统包括在计算机上运行的矿压分析客户端，所述矿压分析客户端对矿压数据进行图形化处理，设有用户管理模块、工作面管理模块、实时监测模块、历史数据分析模块，数据回放模块以及数据报表模块，所述用户管理模块用于客户端用户信息及权限的管理，所述工作面管理模块用于对工作面以及工作面信息的管理，所述实时工况监测模块用于实时展现井下支架电液控主机传回的传感器数据，所述历史数据分析模块用于分析服务器在时间段T1内接收到的数据信息，所述数据回放模块用于动态重演服务器在时间段T2内接收到的状态信息，所述数据报表模块用于生成服务器在时间段T3内接收到的数据信息报表。

优选地，所述历史数据分析模块用于分析服务器上储存的传感器数据，分析的内容包括工作面支架压力、单一支架压力、工作面支架行程、单一支架行程、煤机位置、推进距离、支架压力，所述工作面支架压力是指在时刻t工作面所有支架的压力数据，所述单一支架压力是指在时间段T1内单一支架的压力数据和变化情况，所述工作面支架行程是指在时间段T1内工作面所有之间的行程数据和变化情况，所述单一支架行程是指在时间段T1内单一支架的行程数据和变化情况，所述煤机位置是指煤机在时间段T1内的运动位置和变化情况，所述推进距离是指时间段T1内工作面推进距离数值和变化情况，所述支架压力是指在工作面推进距离S内，单一支架压力数值和变化情况。

优选地，所述数据报表模块报表用于将服务器上选定支架在时间段T3内的压力变化数值生成压力报表。

优选地，所述数据回放模块用于动态重演服务器在时间段T2内接收到的工作面支架压力值和工作面支架行程值。

优选地，所述传感器包括压力传感器、红外传感器以及行程传感器，所述压力传感器用于采集工作面支架压力，所述行程传感器用于采集工作面支架行程，所述红外传感器用于采集煤机运动趋势以及累积推进距离。

优选地，所述用户管理模块用于管理客户端上用户的登录、新用户注册、用户密码修改以及用户权限，所述登录是指对用户的合法身份进行验证，所述新用户注册是指注册新的账号，所述用户密码修改是指设置新的密码，所述用户权限是指用户的系统权限。

优选地，所述工作面管理模块用于管理工作面参数设置、工作面增加/删除、工作面选择以及工作面的切换。

优选地，所述工作面参数包括传感器类型、支架数、压力上限、压力下限、IP地址以及端口。

优选地，所述井下数据采集子系统与井上数据处理子系统间通过以太环网进行通信。

优选地，所述通信模块包括设置于井下的交换机以及设置于井上与交换机相连的路由器，所述支架电液控主机连接于交换机，所述井上数据处理子系统和井上矿压管理子系统连接于路由器。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过传感器、控制器以及支架电液控主机监测并采集煤矿液压支架各个方面的数据，涉及支架压力、支架行程、煤机运动趋势、推进距离等，而不仅仅是压力数据的采集，全面的数据采集能实现更准确的矿压分析以及预警，有利于井上工作人员掌握全面矿压情况并指导煤矿作业。

2、本发明的井上数据处理子系统和井上矿压管理子系统采用典型的C/S结构，即客户端和服务器结构，充分利用两端的硬件环境的优势，监测分析服务器负责解析井下数据采集子系统所上传的数据，并存入数据库，客户端负责分析数据，既可永久保存历史数据，又可随时调出监测数据进行分析，且客户端响应速度快，对煤矿矿压的监测更加及时，一旦有情况有利于井上工作人员及时采取措施指导生产。

3、本发明的井上矿压管理子系统提供了实时监控、历史数据分析、数据回放以及数据报表等功能模块，采用图形界面直观形象的进行展示，能有效能够实现综采工作面实时信息监控、搜索与预警，对信息历史查询，同时可对历史数据进行分析以及回看历史数据，大大提高矿压监测与分析工作的效率和准确率。此外，未来还可继续扩展这些模块，以期实现对断层的断裂面走向、落差、倾斜角、重大褶曲构造；煤壁前方“内应力场”出现的地点和时间及随采场推进扩展的规律；直接顶第一次垮落和周期性自由垮落的步距，老顶第一次裂断和周期性裂断步距等信息综合评估。

附图说明

图1是本发明煤矿矿压分析系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明的煤矿矿压分析系统结构示意图，包括井下数据采集子系统、井上数据处理子系统、井上矿压管理子系统以及通信模块，井上数据处理子系统通过通信模块接收井下数据采集子系统采集的原始数据，数据经井上数据处理子系统解析再通过通信模块传输给井上矿压管理子系统。井下数据采集子系统包括传感器、控制器以及支架电液控主机，传感器、控制器、支架电液控主机设置于井下并依次相连接。井上数据处理子系统包括监测分析服务器，设置于井上机房。井上矿压管理子系统包括在计算机上运行的矿压分析客户端，设置于井上调度室中，矿压分析客户端通过计算机实现与监测分析服务器的通信，客户端提供与用户交互的所有功能，这些功能将在下文详细描述。通信模块包括交换机和路由器，交换机和路由器相连接，交换机设置于井下，路由器设置于井上机房。支架电液控主机连接于交换机，监测分析服务器和运行矿压分析客户端的计算机连接于路由器。

为了使本领域技术人员能够理解并且实施本发明煤矿矿压监测系统，下面以具体实施例对本发明的组成和工作过程进行详细的说明，以进一步显示本发明的工作原理和优点：在本发明中，传感器包括压力传感器、红外传感器以及行程传感器，压力传感器用于采集工作面支架压力，行程传感器用于采集工作面支架行程，红外传感器用于采集煤机运动趋势以及累积推进距离，一组压力传感器、红外传感器和行程传感器分别监测不同的数据，且将数据发送至与其连接控制器。每个支架都配置有控制器，因此控制器的数量由支架的数量所决定，而控制器的数量由采煤工作面的长度和支架的宽度所决定，工作面的长度除以支架宽度就是工作面所设置的支架数量。支架电液控主机与监测分析服务器之间通过以太环网进行通信。监测分析服务器优选硬件配置：CPU四核、主频2.6GHz以上、E3-1230V2以上，内存4GB以上，硬盘可用空间150GB以上，优选固态硬盘；软件配置：操作系统WindowsServer2008/WindowsServer2008R2，数据库SQLServer2005/SQLServer2008，其他NetFramework4.0。客户端优选硬件配置：CPU双核、主频2.6GHz以上、G620以上，内存2GB以上，硬盘可用空间20G以上，优选固态硬盘，显示器分辨率在1366*768以上；软件配置：操作系统WindowsXP以上版本的Windows操作系统，其他NetFramework4.0、MicrosoftReportViewer2010。监测分析服务器需开放19999和1433端口，客户端与监测分析服务器端口之间采用TCP通信协议。控制器接收传感器所监测到的数据，并发送至支架电液控主机，支架电液控主机集中采集所有控制器的数据，并将数据通过交换机和路由器上传至监测分析服务器，监测分析服务器接收支架电液控主机上传的数据，并将数据解析存入数据库中，并在矿压分析客户端使用数据时通过路由器上传至矿压分析客户端，矿压分析客户端对矿压数据进行图形化处理，设有用户管理模块、工作面管理模块、实时监测模块、历史数据分析模块，数据回放模块以及数据报表模块。

用户管理模块用于客户端用户信息及权限的管理，内容包括登录、新用户注册、用户密码修改以及用户权限管理。登录是指对用户的合法身份进行验证，在登录时若勾选【记住密码】程序会保存最后一次登录时的用户名和密码，当下次打开程序是会自动输入保存的用户名和密码。新用户注册是指注册新的账号，新注册的账号没有任何功能的使用权限，需要用户名为“admin”的用户登录系统为新账号分配权限。用户密码修改是指设置新的密码，在验证原密码的同时设置新的密码。用户权限管理是指对用户的系统权限分配，系统权限的分配以用户为单位，支持对不同工作面不同的权限，每个工作面权限的分配可以细化到功能点上，需要说明的是，只有用户名为“admin”的管理员用户才能进入权限管理功能。

工作面管理模块用于对工作面以及工作面信息的管理，内容包括工作面参数设置、工作面增加/删除、工作面选择以及工作面的切换。工作面参数包括传感器类型、支架数、压力上限、压力下限、IP地址以及端口。在本实施例中，传感器类型包括“前后传感器”和“单传器”；支架数是指工作面支架的个数；IP地址为井下支架电液控主机IP地址；端口为井下支架电液控主机上传数据的目的地端口；压力上限和压力下限参数的设置将影响报警功能和曲线图以及柱状图中警戒线的显示、压力值颜色的区分，在本实施例中，红色表示超过设置的压力上限，黄色表示低于设置的压力下限。

实时工况监测模块用于实时展现井下支架电液控主机传回的传感器数据、报警信息以及通信状态，传感器数据包括工作面支架压力、工作面支架行程、煤机运动趋势以及累积推进距离。工作面支架压力和工作面支架行程均以图形方式显示，超过压力上限和压力下限会有不同的颜色；煤机运动趋势是显示煤机位置与运动方向，即当前传感器传回的煤机所处的支架位置和上一次传回的煤机位置；累积推进距离显示工作面的推进距离。报警信息显示支架压力报警信息，并发出声音报警；监测分析服务器与监测分析客户端的通信状态，根据颜色不同分别显示通信正常或是通信故障，在本实施例中，绿色表示通信正常，红色表示通信故障。

历史数据分析模块用于分析服务器在时间段T1内接收到的数据信息，均以图形化形式显示，内容包括工作面支架压力、单一支架压力、工作面支架行程、单一支架行程、煤机位置、推进距离、支架压力。工作面支架压力是指在时刻t工作面所有支架的压力数据范围和变化情况，横坐标为支架号，纵坐标为压力值；单一支架压力是指在时间段T1内单一支架的压力数据范围和变化情况；工作面支架行程是指在时间段T1内工作面所有之间的行程数据范围和变化情况；单一支架行程是指在时间段T1内单一支架的行程数据范围和变化情况；煤机位置是指在时间段T1内煤机的运动位置范围和变化情况；推进距离是指时间段T1内工作面推进距离数值范围和变化情况；支架压力是指在工作面推进距离S内，单一支架压力数值范围和变化情况。

数据回放模块回放用于动态重演服务器在时间段T2内接收到的状态信息，内容包括工作面支架压力和工作面支架行程，所述工作面支架压力和工作面支架行程分别指时间段T2内的工作面支架压力值和工作面支架行程值，均以图形的方式显示，在本实施例中，动态重演即自动播放以半小时为单位，每个状态停止五秒钟。

所述数据报表模块用于生成服务器在时间段T3内接收到的数据信息报表，数据报表模块报表的内容包括支架压力报表，所述支架压力报表是指自动生成的选定支架在时间段T3内的压力报表，并可导出成Excel表格。

值得说明的是，基于本发明给出的硬件架构结合本文的各种说明性的模块，本领域技术人员能够以常规手段设计出井上矿压管理子系统的软件部分。

本发明通过传感器、控制器以及支架电液控主机监测并采集煤矿液压支架各个方面的数据，可采集更全面的数据采集有利于实现准确的矿压分析以及预警。井上数据处理子系统和井上矿压管理子系统采用典型的C/S结构，即客户端和服务器结构，，既可永久保存历史数据，又可随时调出监测数据进行分析，且客户端响应速度快，对煤矿矿压的监测更加及时。井上矿压管理子系统提供了实时监控、历史数据分析、数据回放以及数据报表等功能模块，采用图形界面直观形象的进行展示，能有效实现对井下工作面的全面实时监控和预警，同时可对历史数据进行查询与分析、再现历史状态，并且能自动生成压力报表，大大提高矿压监测与分析工作的效率和准确率。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种煤矿矿压分析系统，其特征在于：包括井下数据采集子系统、井上数据处理子系统、井上矿压管理子系统以及通信模块，所述井上数据处理子系统通过通信模块接收井下数据采集子系统采集的原始数据，数据经井上数据处理子系统解析再通过通信模块传输给井上矿压管理子系统；

所述井下数据采集子系统包括传感器、控制器以及支架电液控主机，控制器用于接收传感器所监测到的数据，并发送至支架电液控主机，支架电液控主机用于集中采集所有控制器的数据；

所述井上数据处理子系统包括监测分析服务器，用于接收井下数据采集子系统采集的数据，并将数据解析存入数据库；

所述井上矿压管理子系统包括在计算机上运行的矿压分析客户端，所述矿压分析客户端对矿压数据进行图形化处理，设有用户管理模块、工作面管理模块、实时监测模块、历史数据分析模块，数据回放模块以及数据报表模块，所述用户管理模块用于客户端用户信息及权限的管理，所述工作面管理模块用于对工作面以及工作面信息的管理，所述实时工况监测模块用于实时展现井下支架电液控主机传回的传感器数据，所述历史数据分析模块用于分析服务器在时间段T1内接收到的数据信息，所述数据回放模块用于动态重演服务器在时间段T2内接收到的状态信息，所述数据报表模块用于生成服务器在时间段T3内接收到的数据信息报表。

2.根据权利要求1所述的煤矿矿压分析系统，其特征在于：所述历史数据分析模块用于分析服务器上储存的传感器数据，分析的内容包括工作面支架压力、单一支架压力、工作面支架行程、单一支架行程、煤机位置、推进距离、支架压力，所述工作面支架压力是指在时刻t工作面所有支架的压力数据，所述单一支架压力是指在时间段T1内单一支架的压力数据和变化情况，所述工作面支架行程是指在时间段T1内工作面所有之间的行程数据和变化情况，所述单一支架行程是指在时间段T1内单一支架的行程数据和变化情况，所述煤机位置是指煤机在时间段T1内的运动位置和变化情况，所述推进距离是指时间段T1内工作面推进距离数值和变化情况，所述支架压力是指在工作面推进距离S内，单一支架压力数值和变化情况。

3.根据权利要求1所述的煤矿矿压分析系统，其特征在于：所述数据报表模块报表用于将服务器上选定支架在时间段T3内的压力变化数值生成压力报表。

4.根据权利要求1所述的煤矿矿压分析系统，其特征在于：所述数据回放模块用于动态重演服务器在时间段T2内接收到的工作面支架压力值和工作面支架行程值。

5.根据权利要求1所述的煤矿矿压分析系统，其特征在于：所述传感器包括压力传感器、以及行程传感器，所述压力传感器用于采集工作面支架压力，所述行程传感器用于采集工作面支架行程，所述红外传感器用于采集煤机运动趋势以及累积推进距离。

6.根据权利要求1所述的煤矿矿压分析系统，其特征在于：所述用户管理模块用于管理客户端上用户的登录、新用户注册、用户密码修改以及用户权限，所述登录是指对用户的合法身份进行验证，所述新用户注册是指注册新的账号，所述用户密码修改是指设置新的密码，所述用户权限是指用户的系统权限。

7.根据权利要求1任一所述的煤矿矿压分析系统，其特征在于：所述工作面管理模块用于管理工作面参数设置、工作面增加/删除、工作面选择以及工作面的切换。

8.根据权利要求1所述的煤矿矿压分析系统，其特征在于：所述工作面参数包括传感器类型、支架数、压力上限、压力下限、IP地址以及端口。

9.根据权利要求1-8任一所述的煤矿矿压分析系统，其特征在于：所述井下数据采集子系统与井上数据处理子系统间通过以太环网进行通信。

10.根据权利要求1-8任一所述的煤矿矿压分析系统，其特征在于：所述通信模块包括设置于井下的交换机以及设置于井上与交换机相连的路由器，所述支架电液控主机连接于交换机，所述井上数据处理子系统和井上矿压管理子系统连接于路由器。