CN111812278A - 基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统,包括用于获取采样气体的采样单元、用于测量气体浓度的测量单元、用于控制采样单元与测量单元的控制单元以及用于实时监测气体浓度并进行预警的预警单元;一种基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警方法,包括步骤:S1.获取采样气体;S2.测量采样气体浓度;S3.判断采样气体浓度是否达到预警条件;S4.若达到预警条件,则做出相应的预警应对操作,否则,不做任何处理。本发明能够节约束管铺设成本、降低取样管路漏气等造成监测结果失效的风险,实现了对采空区气体的监测预警,能有效防控煤自燃等事故的发生,提升了采空区监测的信息化、智能化水平。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿监测领域,具体涉及一种基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统及方法。
背景技术
目前煤矿采空区自燃监测大多采用人工取样分析和束管负压监测系统监测。但是人工取样分析测量频次低,连续性差,监测结果可信度低;而束管负压监测系统需要铺设较长的束管管路,维护难度大,一旦束管漏气,检测结果就不可靠,而且系统使用的色谱仪器操作维护比较复杂,一般需要专业人员操作。
“一种气体多路在线监测系统”通过设置多条采样支路,从而实现对多个位置的气体采样,能够对现场环境进行全方位的监测,同时通过控制每条采样支路上的电控开关实现对每条采样支路通断的控制;但是此系统侧重于采样气路的控制与设计,并不能充分地对采空区气体浓度数据进行分析监测并进行预警。
“具有过滤功能的多级级联气路系统”通过在抽气泵的后端设置多个串联的气室,且每个气室均设置有用于检测不同成分和浓度的气体传感器。此系统主要侧重于过滤结构的设计,同样不能够对气体浓度数据进行有效地利用与分析,也不具有预警功能。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是克服现有技术中的缺陷,提供基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统及方法,能够节约束管铺设成本、降低取样管路漏气等造成监测结果失效的风险,实现了对采空区气体的监测预警,能有效防控煤自燃等事故的发生,提升了采空区监测的信息化、智能化水平。
本发明的基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统,包括用于获取采样气体的采样单元、用于测量气体浓度的测量单元、用于控制采样单元与测量单元的控制单元以及用于实时监测气体浓度并进行预警的预警单元;
所述采样单元的输入端输入采样气体;所述采样单元的输出端与所述测量单元的输入端连接;所述采样单元以及测量单元的信号输出端分别与所述控制单元的信号输入端连接;所述控制单元的信号输出端通过相应的通信网络与预警单元连接。
进一步,所述采样单元包括过滤器、真空泵以及气体缓冲腔;所述过滤器的输入端输入采样气体,所述过滤器的输出端与所述真空泵的输入端连接,所述真空泵的输出端与所述气体缓冲腔的输入端连接。
进一步,所述测量单元包括一氧化碳传感器、甲烷传感器以及氧气传感器;所述一氧化碳传感器、甲烷传感器以及氧气传感器的输入端分别与所述采样单元的输出端连接;所述一氧化碳传感器、甲烷传感器以及氧气传感器的信号输出端分别与所述控制单元的信号输入端连接。
进一步,所述控制单元为本安型监控分站。
一种基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警方法,包括如下步骤:
S1.获取采样气体;
S2.测量采样气体浓度;所述采样气体浓度包括一氧化碳浓度QCO、甲烷浓度QCH4以及氧气浓度QO2;
S3.判断采样气体浓度是否达到预警条件,具体包括:
S31.若甲烷浓度QCH4不小于设定的甲烷浓度阈值ACH4且氧气浓度QO2不小于设定的氧气浓度阈值AO2,则达到预警条件,否则进入步骤S32;
S32.若甲烷浓度QCH4不小于设定的甲烷浓度阈值ACH4的λ倍且氧气浓度QO2小于设定的氧气浓度阈值AO2,则达到预警条件,否则进入步骤S33;其中,λ为不小于1的正数;
S33.若一氧化碳浓度QCO不小于设定的一氧化碳浓度阈值ACO,则达到预警条件,否则没有达到预警条件;
S4.若达到预警条件,则做出相应的预警应对操作,否则,不做任何处理。
进一步,还包括步骤S5:计算氧气浓度QO2由最小值到最大值所经历的时间t,并判断时间t是否小于设定的时间阈值,若是,则所述气体监测预警系统存在漏气点;若否,则所述气体监测预警系统不存在漏气点。
本发明的有益效果是:本发明公开的一种基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统及方法,通过在采空区附件设置采样装置进行气体采样,节约了束管铺设成本、降低了取样管路漏气等造成监测结果失效的风险;通过测量并上传采样气体浓度到管理平台,管理平台对气体浓度进行对比分析,实现了对采空区气体的监测预警,能有效防控煤自燃等事故的发生,提升了采空区监测的信息化、智能化水平。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明,如图所示:
本发明的基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统,包括用于获取采样气体的采样单元、用于测量气体浓度的测量单元、用于控制采样单元与测量单元的控制单元以及用于实时监测气体浓度并进行预警的预警单元;
所述采样单元的输入端输入采样气体;所述采样单元的输出端与所述测量单元的输入端连接;所述采样单元以及测量单元的信号输出端分别与所述控制单元的信号输入端连接;所述控制单元的信号输出端通过相应的通信网络与预警单元连接。
本实施例中,所述采样单元为气体自动采样装置,所述气体自动采样装置靠近采空区,所述气体自动采样装置沿采样气体流动方向依次包括过滤器、真空泵以及气体缓冲腔;所述过滤器的输入端通过取气管路与采空区的气体采集点连接,所述过滤器的输出端与所述真空泵的输入端连接,所述真空泵的输出端与所述气体缓冲腔的输入端连接,所述气体缓冲腔的输出端与所述测量单元的气体输入端连接,节约了束管铺设成本、降低了取样管路漏气等造成监测结果失效的风险。
为了保证对真空泵的有效控制,所述气体自动采样装置还包括真空泵控制器,所述真空泵控制器用于控制真空泵的启动与停止;所述真空泵控制器的信号输出端输出真空泵工作参数的信号值,所述真空泵工作参数包括气体采样时间、真空泵启停设定时间、真空泵启停状态等;所述真空泵控制器的信号输出端与所述控制单元的信号输入端连接。其中,所述真空泵控制器采用现有的单片机,在此不再赘述。
本实施例中,所述测量单元包括一氧化碳传感器、甲烷传感器以及氧气传感器。所述甲烷传感器、氧气传感器以及一氧化碳传感器的输入端分别与所述气体缓冲腔的输出端连接;所述甲烷传感器、氧气传感器以及一氧化碳传感器的信号输出端分别与所述控制单元的信号输入端连接。
所述一氧化碳传感器检测采样气体中的一氧化碳气体浓度,并将所述一氧化碳气体浓度作为采空区发火判断的依据;所述甲烷传感器检测采样气体中的甲烷浓度,并将所述甲烷浓度作为采空区爆炸性危险的评判依据;所述氧气传感器检测采样气体中的氧气浓度,并将所述氧气浓度用于评估修正甲烷爆炸危险性。
本实施例中,所述控制单元为本安型监控分站;所述本安型监控分站通过电气隔离式RS485或CAN通讯电路分别与一氧化碳传感器、甲烷传感器、氧气传感器以及真空泵控制器进行通信,并分别接收到一氧化碳浓度、甲烷浓度、氧气浓度以及真空泵启停状态等信息。所述本安型监控分站经煤矿井下交换机并采用光纤以太网通讯方式将真空泵启停状态、一氧化碳浓度、甲烷浓度以及氧气浓度等信息上传至预警单元。所述本安型监控分站设置于矿井,采用现有技术,在此不再赘述。
本实施例中,所述预警单元包括地面安全监控平台以及第三方监管平台;所述地面安全监控平台接收真空泵启停状态、一氧化碳浓度、甲烷浓度以及氧气浓度等信息,并通过分析所述信息进行声光预警,同时将预警信息通过短信的方式发送至采空区安全相关责任人,从而实现对采空区气体的监测预警,并能有效防控煤自燃等事故的发生。所述地面安全监控平台通过互联网实时地将真空泵启停状态、一氧化碳浓度、甲烷浓度以及氧气浓度等信息传输至第三方监管平台主机,所述第三方监管平台主机用于对采样气体浓度进行实时监测,提升了采空区监测的信息化、智能化水平。
一种基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警方法,包括如下步骤:
S1.开启气体自动采样装置中的真空泵抽取采样气体;在负压作用下,采样气体经过取气管路进入过滤器的输入端,并从气体缓冲腔的输出端输出。
S2.使用一氧化碳传感器、甲烷传感器以及氧气传感器分别对采样气体进行测量并上传采样气体浓度;所述采样气体浓度包括一氧化碳浓度QCO、甲烷浓度QCH4以及氧气浓度QO2;
S3.所述地面安全监控平台分析比较采样气体浓度是否达到预警条件,具体包括:
S31.若甲烷浓度QCH4不小于设定的甲烷浓度阈值ACH4且氧气浓度QO2不小于设定的氧气浓度阈值AO2,则达到预警条件,否则进入步骤S32;
S32.若甲烷浓度QCH4不小于设定的甲烷浓度阈值ACH4的λ倍且氧气浓度QO2小于设定的氧气浓度阈值AO2,则达到预警条件,否则进入步骤S33;其中,λ为不小于1的正数;
S33.若一氧化碳浓度QCO不小于设定的一氧化碳浓度阈值ACO,则达到预警条件,否则没有达到预警条件;
需要说明的是,只要S31、S32以及S33步骤中任意一个判断预警的条件满足了,就触发了预警;同时所述步骤中甲烷浓度阈值ACH4、氧气浓度阈值AO2以及一氧化碳浓度阈值ACO,根据煤矿井下安全生产要求进行设定。
S4.若达到预警条件,则做出相应的预警应对操作,否则,不做任何处理。
本实施例中,还包括步骤S5:计算氧气传感器检测浓度QO2由最小值到最大值所经历的时间t,并判断时间t是否小于设定的时间阈值,若是,则所述气体监测预警系统存在漏气点,当出现漏气点时,地面安全监控平台发送维护提示信息到相关负责人,相关负责人对采样气体所经过的传输管路进行检查,从而保证了所述气体监测预警系统的安全稳定运行;若否,则所述气体监测预警系统不存在漏气点,不需进行任何操作。其中,所述氧气传感器检测浓度QO2的最小值可在真空泵启动时测量得到;所述氧气传感器检测浓度QO2的最大值可在真空泵停止时测量得到;所述时间阈值可在所述气体监测预警系统气密性完好的情况下进行三次计时试验进行确定,即取三次计时时间平均值的0.8倍作为所述时间阈值。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统,其特征在于:包括用于获取采样气体的采样单元、用于测量气体浓度的测量单元、用于控制采样单元与测量单元的控制单元以及用于实时监测气体浓度并进行预警的预警单元;
所述采样单元的输入端输入采样气体;所述采样单元的输出端与所述测量单元的输入端连接;所述采样单元以及测量单元的信号输出端分别与所述控制单元的信号输入端连接;所述控制单元的信号输出端通过相应的通信网络与预警单元连接。
2.根据权利要求1所述的基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统,其特征在于:所述采样单元包括过滤器、真空泵以及气体缓冲腔;所述过滤器的输入端输入采样气体,所述过滤器的输出端与所述真空泵的输入端连接,所述真空泵的输出端与所述气体缓冲腔的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统,其特征在于:所述测量单元包括一氧化碳传感器、甲烷传感器以及氧气传感器;所述一氧化碳传感器、甲烷传感器以及氧气传感器的输入端分别与所述采样单元的输出端连接;所述一氧化碳传感器、甲烷传感器以及氧气传感器的信号输出端分别与所述控制单元的信号输入端连接。
4.根据权利要求1所述的基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统,其特征在于:所述控制单元为本安型监控分站。
5.一种利用权利要求1-4任意一项所述的基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统的预警方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1.获取采样气体;
S2.测量采样气体浓度;所述采样气体浓度包括一氧化碳浓度QCO、甲烷浓度QCH4以及氧气浓度QO2;
S3.判断采样气体浓度是否达到预警条件,具体包括:
S31.若甲烷浓度QCH4不小于设定的甲烷浓度阈值ACH4且氧气浓度QO2不小于设定的氧气浓度阈值AO2,则达到预警条件,否则进入步骤S32;
S32.若甲烷浓度QCH4不小于设定的甲烷浓度阈值ACH4的λ倍且氧气浓度QO2小于设定的氧气浓度阈值AO2,则达到预警条件,否则进入步骤S33;其中,λ为不小于1的正数;
S33.若一氧化碳浓度QCO不小于设定的一氧化碳浓度阈值ACO,则达到预警条件,否则没有达到预警条件;
S4.若达到预警条件,则做出相应的预警应对操作,否则,不做任何处理。
6.根据权利要求5所述的基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警方法,其特征在于:还包括步骤S5:计算氧气浓度QO2由最小值到最大值所经历的时间t,并判断时间t是否小于设定的时间阈值,若是,则所述气体监测预警系统存在漏气点;若否,则所述气体监测预警系统不存在漏气点。
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