CN106908515A - 一种矿山安全监测信息采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矿山安全监测信息采集系统及方法，涉及矿山领域，其特征在于，所述系统包括：所述系统包括：用于发出超声波信号的超声波发射电路、用于接收超声波信号的超声波接收电路、控制系统运行的主控模块、用于给系统提供电源的电源模块；所述主控模块分别信号连接于超声波发射电路、超声波发射电路和电源模块。本发明具有安全性高、系统鲁棒性好和远程监控等优点。

Description

一种矿山安全监测信息采集系统及方法

技术领域

本发明涉及矿山领域，特别涉及一种矿山安全监测信息采集系统及方法。

背景技术

巷道的安全支护在煤矿安全生产中起到重要的作用，也是煤矿安全生产中的难点。对巷道的安全支护的关键是要实时地掌握嗣岩松动圈的破碎状态。

巷道开挖后破坏了原岩的应力平衡状态，从而导致：第一，巷道周边径向应力下降为零，围岩强度明显下降；第二，围岩中出现应力集中现象。当这种应力超过围岩强度之后，在巷道周边围岩所形成的破碎带便是围岩松动圈。其物理状态表现为破裂缝的增加及岩体应力水平的降低。松动圈测试就是测试开巷后新的破坏裂缝及其分布范围，围岩中有新破裂缝与没有破裂缝的界面位置就是松动圈的边界。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种矿山安全监测信息采集系统及方法，本发明具有安全性高、系统鲁棒性好和远程监控等优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种矿山安全监测信息采集系统，其特征在于，所述系统包括：用于发出超声波信号的超声波发射电路、用于接收超声波信号的超声波接收电路、控制系统运行的主控模块、用于给系统提供电源的电源模块；所述主控模块分别信号连接于超声波发射电路、超声波发射电路和电源模块。

进一步的，所述超神波发射电路包括：用于产生脉冲信号的脉冲产生电路、为脉冲产生电路提供工作电压的高压电路和将脉冲信号发射出去的脉冲产生电路；所述高压电路信号连接于脉冲产生电路；所述脉冲产生电路信号连接于超声波发送换能器。

进一步的，所述超声波接收电路包括：用于滤除接收信号噪声的噪声滤除电路、用于将接收信号进行放大的接收信号放大电路和用于对接收到的信号进行信号整形的信号3整形电路；所述噪声滤除电路信号连接于信号放大电路；所述信号放大电路信号连接于信号整形电路。

进一步的，所述主控模块包括：用于传输无线信号的无线信号传输模块和用于处理运行过程中的数据信息的信息处理模块；所述信息处理模块信号连接于无线信号传输模块；所述无线传输模块能够和远程的监控终端进行信号传输。

进一步的，所述电源模块包括：第一电源、第二电源和可充电模块；所述第一电源为主电源，用于给系统提供电源；所述第二电源为备用电源，用于给系统提供电源；所述可充电模块：太阳能电池板、可充电电池和风机；所述太阳能电池板和风机分别信号连接于可充电电池。

进一步的，所述无线信号传输模块为：GPRS信号传输模块；所述可充电电池为可充电锂电池；所述信息处理模块为中央处理器。

一种矿山安全监测信息采集系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：主控模块控制超声波发射电路发射超声波信号；超声波发射电路产生脉冲信号后经高压电路和脉冲产生电路共同作用后产生超声波信号；超声波信号经超声波发送换能器发送出去；

步骤2：超声波信号经过矿山围岩介质的传播后，被超声波接收电路接收到；噪声滤除电路滤除噪声、接收信号放大电路进行放大和信号整形电路进行整形后，得到接收到的超声波信号；将该超声波信号发送给主控模块；

步骤3：主控模块对接收到的超声波信号进行分析，根据分析结果得出矿山安全监测结果，将监测结果经无线信号传输模块发送给远程控制终端。

进一步的，所述主控模块对接收到的超声波信号进行分析的方法包括以下步骤：

步骤1：设定围岩的平均密度为：；可以建立声波的两个分量：纵波和横波的数学模型；

步骤2：得到的纵波的数学模型为： ；

得到横波的数学模型为： ；

其中，为杨氏模量；为泊松比；

步骤3：根据上述连个数学模型得到声波传输的理论值；将得到的理论值和实际值进行比较，根据这两个值的比较结果得出矿洞围岩的松动程度，判断得出矿洞是否安全。

采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：

1、远程监控：本发明的矿山安全监测信息采集系统能够将监测得到的数据信息远程发送给远程控制终端，无须人工到现场监测，提升了矿山安全监测的安全性。

2、系统鲁棒性好：本发明的矿山安全监测信息采集系统通过设置了多个电源为系统供电；因为矿山使用环境中经常发生的交流断电导致采集中断，通过采用一个主电源和一个备用电源为系统供电，保证主电源发生故障的情况下，备用电源依然能够起到作用；保证监测系统的正常运行；同时，还添加了另外一个可充电模块，在主电源和备用电源都出现故障的情况下，可以启动可充电模块，通过太阳能发电为系统供电。

3、准确性高：本发明采用独特的超声波检测法，来监测矿山环境是否安全，超声波检测不会破坏矿山本有的结构，在检测过程中保证不会对矿山环境造成破坏。同时，超声波检测的结果采用声波的两种分量和标准值综合判断的方法来确定矿山是否存在安全隐患，提升了检测的准确性。

附图说明

图1是本发明的一种矿山安全监测信息采集系统及方法的系统结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明实施例1中提供了一种矿山安全监测信息采集系统及方法，系统结构如图1所示：

一种矿山安全监测信息采集系统，其特征在于，所述系统包括：用于发出超声波信号的超声波发射电路、用于接收超声波信号的超声波接收电路、控制系统运行的主控模块、用于给系统提供电源的电源模块；所述主控模块分别信号连接于超声波发射电路、超声波发射电路和电源模块。

进一步的，所述超神波发射电路包括：用于产生脉冲信号的脉冲产生电路、为脉冲产生电路提供工作电压的高压电路和将脉冲信号发射出去的脉冲产生电路；所述高压电路信号连接于脉冲产生电路；所述脉冲产生电路信号连接于超声波发送换能器。

进一步的，所述超声波接收电路包括：用于滤除接收信号噪声的噪声滤除电路、用于将接收信号进行放大的接收信号放大电路和用于对接收到的信号进行信号整形的信号3整形电路；所述噪声滤除电路信号连接于信号放大电路；所述信号放大电路信号连接于信号整形电路。

进一步的，所述主控模块包括：用于传输无线信号的无线信号传输模块和用于处理运行过程中的数据信息的信息处理模块；所述信息处理模块信号连接于无线信号传输模块；所述无线传输模块能够和远程的监控终端进行信号传输。

进一步的，所述电源模块包括：第一电源、第二电源和可充电模块；所述第一电源为主电源，用于给系统提供电源；所述第二电源为备用电源，用于给系统提供电源；所述可充电模块：太阳能电池板、可充电电池和风机；所述太阳能电池板和风机分别信号连接于可充电电池。

进一步的，所述无线信号传输模块为：GPRS信号传输模块；所述可充电电池为可充电锂电池；所述信息处理模块为中央处理器。

本发明实施例2中提供了一种矿山安全监测信息采集系统的方法：

一种矿山安全监测信息采集系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：主控模块控制超声波发射电路发射超声波信号；超声波发射电路产生脉冲信号后经高压电路和脉冲产生电路共同作用后产生超声波信号；超声波信号经超声波发送换能器发送出去；

步骤2：超声波信号经过矿山围岩介质的传播后，被超声波接收电路接收到；噪声滤除电路滤除噪声、接收信号放大电路进行放大和信号整形电路进行整形后，得到接收到的超声波信号；将该超声波信号发送给主控模块；

步骤3：主控模块对接收到的超声波信号进行分析，根据分析结果得出矿山安全监测结果，将监测结果经无线信号传输模块发送给远程控制终端。

进一步的，所述主控模块对接收到的超声波信号进行分析的方法包括以下步骤：

步骤1：设定围岩的平均密度为： ；可以建立声波的两个分量：纵波和横波的数学模型；

步骤2：得到的纵波的数学模型为： ；

得到横波的数学模型为：；

其中，为杨氏模量；为泊松比；

步骤3：根据上述连个数学模型得到声波传输的理论值；将得到的理论值和实际值进行比较，根据这两个值的比较结果得出矿洞围岩的松动程度，判断得出矿洞是否安全。

本发明实施例3中提供了一种矿山安全监测信息采集系统及方法，系统结构图如图1所示：

一种矿山安全监测信息采集系统，其特征在于，所述系统包括：用于发出超声波信号的超声波发射电路、用于接收超声波信号的超声波接收电路、控制系统运行的主控模块、用于给系统提供电源的电源模块；所述主控模块分别信号连接于超声波发射电路、超声波发射电路和电源模块。

进一步的，所述超神波发射电路包括：用于产生脉冲信号的脉冲产生电路、为脉冲产生电路提供工作电压的高压电路和将脉冲信号发射出去的脉冲产生电路；所述高压电路信号连接于脉冲产生电路；所述脉冲产生电路信号连接于超声波发送换能器。

进一步的，所述超声波接收电路包括：用于滤除接收信号噪声的噪声滤除电路、用于将接收信号进行放大的接收信号放大电路和用于对接收到的信号进行信号整形的信号3整形电路；所述噪声滤除电路信号连接于信号放大电路；所述信号放大电路信号连接于信号整形电路。

进一步的，所述主控模块包括：用于传输无线信号的无线信号传输模块和用于处理运行过程中的数据信息的信息处理模块；所述信息处理模块信号连接于无线信号传输模块；所述无线传输模块能够和远程的监控终端进行信号传输。

进一步的，所述电源模块包括：第一电源、第二电源和可充电模块；所述第一电源为主电源，用于给系统提供电源；所述第二电源为备用电源，用于给系统提供电源；所述可充电模块：太阳能电池板、可充电电池和风机；所述太阳能电池板和风机分别信号连接于可充电电池。

进一步的，所述无线信号传输模块为：GPRS信号传输模块；所述可充电电池为可充电锂电池；所述信息处理模块为中央处理器。

一种矿山安全监测信息采集系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：主控模块控制超声波发射电路发射超声波信号；超声波发射电路产生脉冲信号后经高压电路和脉冲产生电路共同作用后产生超声波信号；超声波信号经超声波发送换能器发送出去；

步骤2：超声波信号经过矿山围岩介质的传播后，被超声波接收电路接收到；噪声滤除电路滤除噪声、接收信号放大电路进行放大和信号整形电路进行整形后，得到接收到的超声波信号；将该超声波信号发送给主控模块；

步骤3：主控模块对接收到的超声波信号进行分析，根据分析结果得出矿山安全监测结果，将监测结果经无线信号传输模块发送给远程控制终端。

进一步的，所述主控模块对接收到的超声波信号进行分析的方法包括以下步骤：

步骤1：设定围岩的平均密度为：；可以建立声波的两个分量：纵波和横波的数学模型；

步骤2：得到的纵波的数学模型为： ；

得到横波的数学模型为：；

其中，为杨氏模量；为泊松比；

步骤3：根据上述连个数学模型得到声波传输的理论值；将得到的理论值和实际值进行比较，根据这两个值的比较结果得出矿洞围岩的松动程度，判断得出矿洞是否安全。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种矿山安全监测信息采集系统，其特征在于，所述系统包括：用于发出超声波信号的超声波发射电路、用于接收超声波信号的超声波接收电路、控制系统运行的主控模块、用于给系统提供电源的电源模块；所述主控模块分别信号连接于超声波发射电路、超声波发射电路和电源模块。

2.如权利要求1所述的矿山安全监测信息采集系统，其特征在于，所述超神波发射电路包括：用于产生脉冲信号的脉冲产生电路、为脉冲产生电路提供工作电压的高压电路和将脉冲信号发射出去的脉冲产生电路；所述高压电路信号连接于脉冲产生电路；所述脉冲产生电路信号连接于超声波发送换能器。

3.如权利要求2所述的矿山安全监测信息采集系统，其特征在于，所述超声波接收电路包括：用于滤除接收信号噪声的噪声滤除电路、用于将接收信号进行放大的接收信号放大电路和用于对接收到的信号进行信号整形的信号3整形电路；所述噪声滤除电路信号连接于信号放大电路；所述信号放大电路信号连接于信号整形电路。

4.如权利要求3所述的矿山安全监测信息采集系统，其特征在于，所述主控模块包括：用于传输无线信号的无线信号传输模块和用于处理运行过程中的数据信息的信息处理模块；所述信息处理模块信号连接于无线信号传输模块；所述无线传输模块能够和远程的监控终端进行信号传输。

5.如权利要求3所述的矿山安全监测信息采集系统，其特征在于，所述电源模块包括：第一电源、第二电源和可充电模块；所述第一电源为主电源，用于给系统提供电源；所述第二电源为备用电源，用于给系统提供电源；所述可充电模块：太阳能电池板、可充电电池和风机；所述太阳能电池板和风机分别信号连接于可充电电池。

6.如权利要求5所述的矿山安全监测信息采集系统，其特征在于，所述无线信号传输模块为：GPRS信号传输模块；所述可充电电池为可充电锂电池；所述信息处理模块为中央处理器。

7.一种基于权利要求1至6之一所述的矿山安全监测信息采集系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：主控模块控制超声波发射电路发射超声波信号；超声波发射电路产生脉冲信号后经高压电路和脉冲产生电路共同作用后产生超声波信号；超声波信号经超声波发送换能器发送出去；

步骤2：超声波信号经过矿山围岩介质的传播后，被超声波接收电路接收到；噪声滤除电路滤除噪声、接收信号放大电路进行放大和信号整形电路进行整形后，得到接收到的超声波信号；将该超声波信号发送给主控模块；

步骤3：主控模块对接收到的超声波信号进行分析，根据分析结果得出矿山安全监测结果，将监测结果经无线信号传输模块发送给远程控制终端。

8.如权利要求7所述的矿山安全监测信息采集系统的方法，其特征在于，所述主控模块对接收到的超声波信号进行分析的方法包括以下步骤：

步骤1：设定围岩的平均密度为：；可以建立声波的两个分量：纵波和横波的数学模型；

步骤2：得到的纵波的数学模型为： ；

得到横波的数学模型为：；

其中，为杨氏模量；为泊松比；

步骤3：根据上述连个数学模型得到声波传输的理论值；将得到的理论值和实际值进行比较，根据这两个值的比较结果得出矿洞围岩的松动程度，判断得出矿洞是否安全。