CN110706470A - 一种采空区煤自燃无线监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采空区煤自燃无线监测系统及方法，包括数据采集模块，通过若干架设在采空区并且以阵列形式排布的数据无线采集装置采集采空区中的气体参数，并将采集到的气体参数发送到数据传输模块；数据传输模块，用于将数据采集模块采集到的气体参数进行编码打包；数据处理模块，用于接收、处理传输模块的数据，并通过无线传输装置将处理后的气体参数发送到上传显示模块；上传显示模块，用于将数据处理模块处理后的气体参数显示在屏幕上。本发明通过研究采空区煤自燃监测预警网络构建方法、数据传输模式、数据处理模式、监测预警方法等内容，实现采空区煤自燃的自动监测。该监测预警方法及系统实用性强，具有广泛推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿检测技术领域，特别涉及一种采空区煤自燃无线监测系统及方法。
背景技术
矿井火灾是煤矿主要灾害之一，采空区自然发火占有很高比例。由于采空区火源位置隐蔽，影响因素众多，采空区自燃火灾一旦发生，短时间内难以扑灭，危害很大，轻则影响安全生产，重则烧毁煤炭资源和物资设备，甚至引发瓦斯、煤尘爆炸。因此，做好采空区内煤炭的自然发火预测预警和定位对于减少生命财产损失具有重要意义。
采空区自燃隐患预测目前主要采取气体指标分析预报办法。煤在氧化升温过程中，会释放出CO、CO2、烷烃、烯烃以及炔烃等指标性气体。这些气体的产生率随煤温上升而发生规律性的变化。因此，选择一些气体作为指标气体进行准确检测，就能可靠判断自然发火的征兆和状态。
目前采空区煤自燃预警的主要方法包括：火灾隐患点气体成分和浓度分析，如束管气体分析法、人工局部气体取样分析法；温度监测预警方法，如红外探测法、光纤测温法等。束管分析法利用埋管抽取采空区气体，这种方式工作量大、方位性差；人工取样法通过向采空区施工钻孔，利用钻孔取样，这种方式工作量小、方位性好，但是影响因素多，容易出现塌孔。束管采样分析法主要依靠人力去取样分析，因而实时性较差，难以深入采空区取样，可能漏检；温度监测方法以温度参数作为发火最直接的指标，如光纤测温法可以实现连续监测，但其监测范围较窄、成本较高，难以实现大范围采空区监测。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种采空区煤自燃无线监测系统及方法，通过研究采空区煤自燃监测预警网络构建方法、数据传输模式、数据处理模式、监测预警方法等内容，实现采空区煤自燃的自动监测。该监测预警方法及系统实用性强，具有广泛推广应用价值。
为此，本发明提供一种采空区煤自燃无线监测系统，包括：
数据采集模块，通过若干架设在采空区并且以阵列形式排布的数据无线采集装置采集采空区中的气体参数，并将采集到的气体参数发送到数据传输模块；
数据传输模块，用于将数据采集模块采集到的气体参数进行编码打包，并将打包后的气体参数通过传输光缆传输到数据处理模块；
数据处理模块，用于判断数据传输模块中打包后的气体参数是否在设定的范围内，将超过设定范围的气体参数删除，并通过无线传输装置将剩余的气体参数发送到上传显示模块；
上传显示模块，用于将数据处理模块处理后的气体参数显示在屏幕上，并且在数据处理模块得到的气体参数不在设定的参数范围的时候，进行报警。
进一步，所述采空区与煤层之间设有工作面和支架，其中，工作面靠近煤层一侧，支架靠近采空区一侧。
更进一步，所述煤层的左右两侧分别设有进风巷和回风巷，回风巷被设置所述传输光缆和无线传输装置。
进一步，所述阵列形式为方形点阵的形式。
进一步，所述数据传输模块在接收到数据采集模块采集到的气体参数之后，在互联网中读取当前的时间，并将气体参数和当前的时间进行编码合并，最后将编码合并后的气体参数和当前的时间进行打包。
相对应的上述系统，本发明提供了一种采空区煤自燃无线监测方法，包括如下步骤：
S1：通过若干架设在采空区并且以阵列形式排布的数据无线采集装置采集采空区中的气体参数；
S2：将数据采集模块采集到的气体参数进行编码打包；
S3：将打包后的气体参数进行处理；
S4：将处理后的气体参数显示在屏幕上，并且在数据处理模块得到的气体参数不在设定的参数范围的时候，进行报警。
进一步，在步骤S1中包括如下步骤：
S1-1：将阵列中的每一个节点根据其所在的行列进行标号，其中一个a行b列的节点，标记为ab；
S1-2：判断监测节点ab是否与监测节点(a-1)b正常通信，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给(a-1)b监测节点，否则进入步骤S1-3；
S1-3：判断监测节点ab是否与监测节点(a-1)(b+1)，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给(a-1)(b+1)监测节点，否则进入步骤S1-4；
S1-4：判断监测节点ab是否与监测节点a(b+1)，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给a(b+1)监测节点，否则进入步骤S1-5；
S1-5：判断监测节点ab是否能与其他监测节点正常通信，若有，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给离其最远监测节点，否则信息丢失报警。
本发明提供的一种采空区煤自燃无线监测系统及方法，具有如下有益效果：
1、通过研究采空区煤自燃监测预警网络构建方法、数据传输模式、数据处理模式、监测预警方法等内容，实现采空区煤自燃的自动监测。
附图说明
图1为本发明提供的一种采空区煤自燃无线监测系统整体结构示意图；
图2为本发明提供的一种采空区煤自燃无线监测系统的信号流程示意图；
图3为本发明提供的一种采空区煤自燃无线监测方法的整体流程示意图；
图4为本发明提供的一种采空区煤自燃无线监测方法中步骤S1的整体流程示意图；
图5为本发明提供的一种采空区煤自燃无线监测方法的监测数据信号传输路径选择流程图。
附图标记说明：
1、煤层；2、进风巷；3、工作面；4、支架；5、回风巷；6、传输光缆；7、无线传输装置；8、数据无线采集装置；9、采空区。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
在本申请文件中，未经明确的部件型号以及结构，均为本领域技术人员所公知的现有技术，本领域技术人员均可根据实际情况的需要进行设定，在本申请文件的实施例中不做具体的限定。
本实施例提供了一种采空区煤自燃无线监测系统及方法。
具体的，如图1-2所示，本发明实施例提供了一种采空区煤自燃无线监测系统，包括：
数据采集模块，通过若干架设在采空区9并且以阵列形式排布的数据无线采集装置8采集采空区9中的气体参数，并将采集到的气体参数发送到数据传输模块；
数据传输模块，用于将数据采集模块采集到的气体参数进行编码打包，并将打包后的气体参数通过传输光缆6传输到数据处理模块；
数据处理模块，用于判断数据传输模块中打包后的气体参数是否在设定的范围内，将超过设定范围的气体参数删除，并通过无线传输装置7将剩余的气体参数发送到上传显示模块；
上传显示模块，用于将数据处理模块处理后的气体参数显示在屏幕上，并且在数据处理模块得到的气体参数不在设定的参数范围的时候，进行报警。
在上述技术方案中，所述的数据采集模块包括CO浓度传感器、O2浓度传感器、CH4浓度传感器、CO2浓度传感器、C2H4浓度传感器，用于监测采空区CH4浓度、CO浓度等气体浓度的指标，同时将采集数据发送到数据传输模块；所述的数据传输模块包括数据编码和无线传输，用于将采集数据编码打包，并通过无线网络传输到数据处理模块；所述的数据处理模块包括监测主机、监测信号A/D转换、数据解码分析，用于接收、处理数据传输模块的数据；所述的上传显示模块包括数据预警和数据上传，用于将处理好的数据实时显示在屏幕上，并上传到监测主机。
在本实施例中，将技术方案进行进一步的细化，具体的，所述采空区9与煤层1之间设有工作面3和支架4，其中，工作面3靠近煤层1一侧，支架4靠近采空区9一侧。所述煤层的左右两侧分别设有进风巷和回风巷，回风巷被设置所述传输光缆和无线传输装置。所述阵列形式为方形点阵的形式。所述数据传输模块在接收到数据采集模块采集到的气体参数之后，在互联网中读取当前的时间，并将气体参数和当前的时间进行编码合并，最后将编码合并后的气体参数和当前的时间进行打包。
在本实施例中，数据采集模块和数据传输模块集成在监测器中，每个监测器均带有系统时间及自身编码，在应用之前需进行时间较正。每个数据采集模块采集到的气体参数的同时读取互联网中的时间，存入监测时间字段，与采集气体参数构成整体。监测器将监测到的信息，即打包后的气体参数和当前的时间，以数组形式传输给相邻监测模块的缓存区。数据采集模块采集数据的同时，识别缓存区中存储的信息，对于识别到的多组信息，首先根据经验数据判断数据可靠性，剔除异常数据；其次对相同编码的监测数据，依据监测时间的前后确定待传输监测数据，剔除冗余数据；第三添加本模块采集到的数据，构成待传输数组。
另外，工作面3和支架4是井下固有的模式，也可以认为是采空区的边界条件，是本发明的应用的基础，也没有特别的东西。若真有牵连，就是数据采集模块要随着工作面3的回采，不断的向前移动，因为在采空区这种多孔介质的区域，传输比较困难，而数据采集模块又要尽可能接近采空区，所以只能将其放置在工作面3的端头。
对于支架而言，利用它是钢的性质，让其接收无线信号，然后更有利于传给采集系统。但在操作的时候，可以在支架上挂几个数据采集模块，也能起到相应的作用。
相对应的，本发明提供一种采空区煤自燃无线监测方法，如图3所示，包括如下步骤：
S1：通过若干架设在采空区并且以阵列形式排布的数据无线采集装置采集采空区中的气体参数；
S2：将数据采集模块采集到的气体参数进行编码打包；
S3：将打包后的气体参数进行处理；
S4：将处理后的气体参数显示在屏幕上，并且在数据处理模块得到的气体参数不在设定的参数范围的时候，进行报警。
具体的，将步骤S1进行进一步的细化，如图4所示，在步骤S1中具体包括如下步骤：
S1-1：将阵列中的每一个节点根据其所在的行列进行标号，其中一个a行b列的节点，标记为ab；
S1-2：判断监测节点ab是否与监测节点(a-1)b正常通信，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给(a-1)b监测节点，否则进入步骤S1-3；
S1-3：判断监测节点ab是否与监测节点(a-1)(b+1)，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给(a-1)(b+1)监测节点，否则进入步骤S1-4；
S1-4：判断监测节点ab是否与监测节点a(b+1)，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给a(b+1)监测节点，否则进入步骤S1-5；
S1-5：判断监测节点ab是否能与其他监测节点正常通信，若有，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给离其最远监测节点，否则信息丢失报警。
在本实施例中，如图1和图5所示，在图1中，数据无线采集装置8具有数据采集、数据信号接收和发射功能，在采空区中随着工作面推进布置，并用四位数字对其进行编号，前两位代表沿采空区深度方向布置监测节点的数目，后两位代表沿工作面走向方向布置监测节点的数目，监测数据信号按一定的路径接力传送到无线传输装置7，再经过传输光缆6发送到监测主机。
在图5中，图5为本发明提供的一种采空区煤自燃无线监测方法的监测数据信号传输路径选择流程图。假设监测节点位于a行b列，编号为ab，其监测数据及接收到的信号传递的具体方法如下：
(1)判断监测节点ab是否与监测节点(a-1)b正常通信，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给(a-1)b监测节点，否则进入下一步；
(2)判断监测节点ab是否与监测节点(a-1)(b+1)，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给(a-1)(b+1)监测节点，否则进入下一步；
(3)判断监测节点ab是否与监测节点a(b+1)，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给a(b+1)监测节点，否则进入下一步；
(4)判断监测节点ab是否能与其他监测节点正常通信，若有，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给离其最远监测节点，否则信息丢失报警。
在无线传输装置7接收到数据信号后，通过监测信号A/D转换器将模拟信号转换成数字信号传输到数据解码分析器中，数据解码分析器将监测数据进行归类整理后，依据设定的报警阈值判断监测数据是否超限，若超过报警阈值，则向报警模块发送指令，报警模块根据接收到的响应信号，采用声光等方式，对不达标的监测指标进行警示；若不超过报警阈值，则将数据通过传输光缆上传到监控主机。
综上所述，本发明公开了一种采空区煤自燃无线监测系统及方法，包括数据采集模块，通过若干架设在采空区并且以阵列形式排布的数据无线采集装置采集采空区中的气体参数，并将采集到的气体参数发送到数据传输模块；数据传输模块，用于将数据采集模块采集到的气体参数进行编码打包，并将打包后的气体参数通过传输光缆传输到数据处理模块；数据处理模块，用于接收、处理传输模块的数据，并通过无线传输装置将处理后的气体参数发送到上传显示模块；上传显示模块，用于将数据处理模块处理后的气体参数显示在屏幕上，并且在数据处理模块得到的气体参数不在设定的参数范围的时候，进行报警。本发明通过研究采空区煤自燃监测预警网络构建方法、数据传输模式、数据处理模式、监测预警方法等内容，实现采空区煤自燃的自动监测。该监测预警方法及系统实用性强，具有广泛推广应用价值。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种采空区煤自燃无线监测系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，通过若干架设在采空区(9)并且以阵列形式排布的数据无线采集装置(8)采集采空区(9)中的气体参数，并将采集到的气体参数发送到数据传输模块；
数据传输模块，用于将数据采集模块采集到的气体参数进行编码打包，并将打包后的气体参数通过传输光缆(6)传输到数据处理模块；
数据处理模块，用于判断数据传输模块中打包后的气体参数是否在设定的范围内，将超过设定范围的气体参数删除，并通过无线传输装置(7)将剩余的气体参数发送到上传显示模块；
上传显示模块，用于将数据处理模块处理后的气体参数显示在屏幕上，并且在数据处理模块得到的气体参数不在设定的参数范围的时候，进行报警。
2.如权利要求1所述的一种采空区煤自燃无线监测系统，其特征在于，所述采空区(9)与煤层(1)之间设有工作面(3)和支架(4)，其中，工作面(3)靠近煤层(1)一侧，支架(4)靠近采空区(9)一侧。
3.如权利要求2所述的一种采空区煤自燃无线监测系统，其特征在于，所述煤层(1)的左右两侧分别设有进风巷(2)和回风巷(5)，回风巷(5)被设置所述传输光缆(6)和无线传输装置(7)。
4.如权利要求1所述的一种采空区煤自燃无线监测系统，其特征在于，所述阵列形式为方形点阵的形式。
5.如权利要求1所述的一种采空区煤自燃无线监测系统，其特征在于，所述数据传输模块在接收到数据采集模块采集到的气体参数之后，在互联网中读取当前的时间，并将气体参数和当前的时间进行编码合并，最后将编码合并后的气体参数和当前的时间进行打包。
6.一种采空区煤自燃无线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通过若干架设在采空区(9)并且以阵列形式排布的数据无线采集装置(8)采集采空区(9)中的气体参数；
S2：将数据采集模块采集到的气体参数进行编码打包；
S3：将打包后的气体参数进行处理；
S4：将处理后的气体参数显示在屏幕上，并且在数据处理模块得到的气体参数不在设定的参数范围的时候，进行报警。
7.如权利要求6所述的一种采空区煤自燃无线监测方法，其特征在于，在步骤S1中包括如下步骤：
S1-1：将阵列中的每一个节点根据其所在的行列进行标号，其中一个a行b列的节点，标记为ab；
S1-2：判断监测节点ab是否与监测节点(a-1)b正常通信，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给(a-1)b监测节点，否则进入步骤S1-3；
S1-3：判断监测节点ab是否与监测节点(a-1)(b+1)，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给(a-1)(b+1)监测节点，否则进入步骤S1-4；
S1-4：判断监测节点ab是否与监测节点a(b+1)，若通信正常，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给a(b+1)监测节点，否则进入步骤S1-5；
S1-5：判断监测节点ab是否能与其他监测节点正常通信，若有，则将ab的监测数据与其接收到的其他数据信号传送给离其最远监测节点，否则信息丢失报警。
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