CN111963246A - 矿压监测分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿监测技术领域，尤其涉及一种矿压监测分析系统，包括云服务器，所述云服务器分别与煤矿数据中心和远程监测中心通信连接，所述煤矿数据中心位于井上，并与位于井下的若干数据采集单元通信连接，所述数据采集单元用于采集井下矿压监测数据，所述远程监测中心用于远程分析处理。本发明提供的矿压监测系统利用物联网技术和云平台技术，实现井下矿压监测数据的稳定采集，并能够整合分散的矿压监测数据，实现从煤矿井下到远程监测中心的数据流传输。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿监测技术领域，尤其涉及一种矿压监测分析系统。
背景技术
冲击地压是煤矿开采过程中的重大危害之一，冲击地压发生过程中瞬间释放的弹性变形能会导致颠覆生产设备，破坏支护设施，破坏巷道和工作面、造成人员伤亡；高震级的冲击地压不论发生在那个位置都会对工作面或巷道造成破坏，还往往影响地表建筑物和破坏地面房屋，甚至诱发地震。所以，冲击地压严重破坏了矿井的安全生产。
目前，采用矿压仪器对工作面支架压力、煤柱压力、顶板下沉量以及锚杆或锚索压力进行监测是预防冲击地压发生的一种方法，但是目前多数煤矿采用离线的矿压监测系统，该种矿压监测系统由于存在实时性差，监测数据利用率低的特点，对冲击地压的预防作用微乎其微。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
本发明提供一种矿压监测分析系统，其包括云服务器，所述云服务器分别与煤矿数据中心和远程监测中心通信连接，所述煤矿数据中心位于井上，并与位于井下的若干数据采集单元通信连接，所述数据采集单元用于采集井下矿压监测数据，所述远程监测中心用于远程分析处理。
在一个实施例中，所述数据采集单元包括数据处理分站以及与所述数据处理分站通信连接的传感器，所述数据处理分站用于人机交互，所述数据处理分站与所述煤矿数据中心通信连接。
在一个实施例中，所述数据处理分站包括与所述煤矿数据中心通信连接的监测主站和与所述监测主站通信连接的监测子站，所述监测子站与所述传感器通信连接，所述监测子站包括工作电源和数据处理模块，所述数据处理模块用于将所述传感器的信号处理为所述监测主站可利用的信号；所述监测主站设有人机交互设备，所述人机交互设备用于井下查询系统数据和了解数据处理结果。
在一个实施例中，所述数据采集单元包括传感器中继，所述传感器中继与数据处理分站通信连接，所述传感器中继用于扩大所述传感器的通信范围。
在一个实施例中，所述传感器包括用于对工作面支架所受压力进行监测的支架压力传感器、用于对锚杆或者锚索的紧固压力进行监测的锚杆应力传感器、用于对煤帮内的应力进行监测的钻孔应力传感器、用于对顶板下沉量进行监测的围岩移动传感器和用于对巷道变形量及工作面支架位移量进行监测的激光测距传感器中的一种或多种。
在一个实施例中，所述数据处理分站和所述传感器分别设置有存储装置，以保证断网、断电后还可保存采集数据。
在一个实施例中，所述数据处理分站和所述传感器分别设置有时钟模块和网络授时模块以保证所采集数据的时间可靠性。
在一个实施例中，所述传感器包括有线传感器和无线传感器以保证数据完整性。
在一个实施例中，所述有线传感器采用控制器局域网络总线的方式与所述数据处理分站通信连接。
在一个实施例中，所述无线传感器采用电池供电；所述无线传感器采用自组网的方式与所述数据处理分站通信连接。
本发明的有益效果是：本发明提供的矿压监测系统利用物联网技术和云平台技术，依靠低功耗的数据采集单元，实现井下矿压监测数据的稳定采集，并能够整合分散的矿压监测数据，实现从煤矿井下到远程监测中心的数据流传输；本发明提供的矿压监测系统便于将数据采集单元采集到的矿压监测数据保存及上传到煤矿井上的煤矿数据中心，再通过煤矿数据中心将矿压监测数据上传到云服务器，最后通过云服务器将矿压监测数据传输到远程监测中心；本发明提供的矿压监测系统包括的远程监测中心可用于专家分析决策，便于专家组对煤矿现场的生产工作提出相关的指导意见的功能。
附图说明
图1是本发明实施例的矿压监测分析系统的架构示意图；
图2是本发明实施例的矿压监测分析系统的监测主站与其他部分的连接关系示意图；
图3是本发明实施例的矿压监测分析系统的有线传感器的布置及传输示意图；
图4是本发明实施例的矿压监测分析系统的无线传感器的布置及传输示意图；
附图标记说明：1、数据采集单元；11、有线传感器；110、有线传感器中继；111、有线支架压力传感器；112、有线锚杆应力传感器；113、有线钻孔应力传感器；114、有线围岩移动传感器；115、有线激光测距传感器；12、无线传感器；120、无线传感器中继；121、无线支架压力传感器；122、无线锚杆应力传感器；123、无线钻孔应力传感器；124、无线围岩移动传感器；125、无线激光测距传感器；13、数据处理分站；131、监测子站；132、监测主站；14、人机交互设备；2、现场用监测处理模块；3、云平台；31、煤矿数据中心；32、云服务器；321、云平台管理处理模块；322、网络数据；33、远程监测中心；331、分析决策支持平台；332、专家组；41、煤柱；42、煤层；43、采空区。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管部分煤矿采用了在线的监测方式，保证了数据的实时性，但是却只是对数据进行了简单的监测，当需要对数据进行分析时，技术人员为获取数据，需要去各个煤矿进行数据查找；由于煤矿生产过程中常会出现传输线缆的破坏等问题，技术人员疲于修理，容易导致矿压监测系统被弃置。因此，目前迫切需要一种既有在线监测功能，也能减轻技术人员疲于奔波的现状，既能满足实时性要求，也具有远程集中监控功能的矿压监测系统。
如图1至图4所示，本发明提供一种矿压监测分析系统，其包括云服务器32，云服务器32分别与远程监测中心33和煤矿数据中心31通信连接，煤矿数据中心31位于井上并与数据采集单元1通信连接，数据采集单元1用于采集井下矿压监测数据。远程监测中心33是用于分析决策的终端，其可以包括专家组332进行数据分析、数据决策和远程监督的工作场所；云服务器32用于存储多个煤矿的井下矿压监测数据，提供数据服务功能；云服务器32可以设置矿压智慧监测专家分析处理模块，以提供大数据处理和矿压监测数据分析处理功能，并将分析处理结果利用网络传输至远程监测中心33进行分析结果的展示，以便专家组332对分析结果进行相关决策；煤矿数据中心31用于汇集数据采集单元1采集到的井下矿压监测数据，并将矿压监测数据上传到云服务器32。
本发明提供的矿压监测系统利用物联网技术和云平台技术，依靠低功耗的数据采集单元1，实现井下矿压监测数据的稳定采集，并能够整合分散的矿压监测数据，实现从煤矿井下到远程监测中心33的数据流传输；本发明提供的矿压监测系统可以将数据采集单元1采集到的矿压监测数据保存及上传到煤矿井上的煤矿数据中心31，再通过煤矿数据中心31将矿压监测数据上传到云服务器32，最后通过云服务器32将矿压监测数据传输到远程监测中心33；本发明提供的矿压监测系统包括的远程监测中心33可用于专家分析决策，便于专家组332对煤矿现场的生产工作提出相关的指导意见的功能。
本发明提供的矿压监测系统可实现从传感器布置、顶板和冲击地压灾害监测预警到灾害防治均能进行专家分析决策的效果。
在一个实施例中，数据采集单元1包括数据处理分站13以及与数据处理分站13通信连接的传感器，数据处理分站13用于人机交互，数据处理分站13通过光纤或以太网等方式与煤矿数据中心31通信连接。数据处理分站13可以将传感器采集到的矿压监测数据进行汇总，并上传至井上的煤矿数据中心31，从而利用煤矿数据中心31的现场用监测处理模块2进行处理。具体地，数据处理分站13设置有显示器和/或触摸屏等人机交互设备14。数据处理分站13可以包括可编程逻辑控制器(PLC)。
在一个实施例中，数据处理分站13包括与煤矿数据中心31通信连接的监测主站132和与监测主站132通信连接的监测子站131，监测子站131与传感器通信连接，监测子站131包括工作电源和数据处理模块，数据处理模块用于处理传感器的信号，即用于将传感器的模拟信号转换为数字信号、将传感器的信号放大等；监测主站用于人机交互。监测主站132设置有显示器和/或触摸屏等人机交互设备14，监测主站132可以包括可编程逻辑控制器(PLC)。
人机交互设备14主要是用于井下的可视化设备，通过人机交互设备14可查看数据处理分站13所连接的所有传感器(包括各种类型的有线传感器11和/或无线传感器12)采集到的矿压监测数据，该矿压监测数据可以包括在线数据和离线数据；同时通过人机交互设备14可对数据处理分站13进行系统设置和查看数据处理分站13的工作状态；在数据处理分站13包括监测主站132的情况下，人机交互设备14便于技术人员对监测主站132的IP地址、通讯方式进行设置，也便于查看监测主站132的通讯状态、监测主站132所连接的监测子站131的数量等。
在一个实施例中，监测子站131与监测主站132采用控制器局域网络总线(即CAN总线)的方式通信连接。在这种情况下，可以实现监测子站131与监测主站132之间快速的数据传输。
在一个实施例中，监测主站132通过以太网或光纤与煤矿数据中心31连接。当监测主站132收到监测子站131传来的有线传感器11和无线传感器12的数据后，通过以太网或者光纤将数据上传到设有现场用监测处理模块2的煤矿数据中心31；现场用监测处理模块2对数据进行提取、分析处理并将数据存储到煤矿数据中心31的数据库；同时，可以通过现场用监测处理模块2对数据进行可视化显示，显示方式有柱状图显示、列表显示及趋势图显示等。现场用监测处理模块2还可以包括井下监测点的地图标示、传感器数据的实时监测及历史数据查询、矿压监测数据的自动分析及预警、自动输出报表等功能。现场用监测处理模块2可以实现指令下发、对进行井下数据采集的传感器的实时数据和历史数据的查看和存储，并可以具有对监测数据的自动分析和报警的功能。
在一个实施例中，人机交互设备14与数据处理分站13通过蓝牙连接。在这种情况下，可实现井下10米内人机交互设备14与数据处理分站13的无线连接。
在一个实施例中，数据采集单元1包括传感器中继，传感器中继与数据处理分站13通信连接，传感器中继用于扩大传感器的通信范围。其中，传感器中继可以包括有线传感器中继110和无线传感器中继120。
在一个实施例中，传感器设置有时钟模块(RTC)和/或存储装置。设有时钟模块(RTC)的传感器可以将采集到的数据与时间进行关联。
在一个实施例中，传感器包括有线传感器11和/或无线传感器12。有线传感器11可以实现与数据处理分站13间的秒级传输，无线传感器12可以实现与数据处理分站13间的分钟级传输；当井下现场的传感器采用有线和无线相融合的方式设置时，便可利用有线传感器11秒级间隔的数据采集和无线传感器12分钟级的数据采集相结合形成互补作用，从而保证数据完整性。
在一个实施例中，无线传感器中继120和/或无线传感器12采用自组网的方式与监测子站131通信连接。
在一个实施例中，数据处理分站13设置有时钟模块(RTC)和/或存储装置；设置在数据处理分站13内部的时钟模块(RTC)可以利用网络授时来保证矿压监测数据的时间可靠性；存储装置可以保证在数据处理分站13意外掉电后，还可以继续存储数据，并在数据处理分站13恢复供电后将数据全部上传，从而保证矿压监测数据的完整性。
在一个实施例中，数据处理分站13和传感器分别设置有网络授时模块；网络授时模块可以是基于SNTP协议的网络授时芯片。
在一个实施例中，有线传感器11采用控制器局域网络总线(即CAN总线)的方式与数据处理分站13通信连接。
在一个实施例中，有线传感器11内部设置有时钟模块(RTC)和/或存储装置。设置在有线传感器11内部的时钟模块(RTC)可以利用网络授时来保证采集到的矿压监测数据的时间可靠性；设置在有线传感器11内部的存储装置可以保证有线传感器11意外掉电后矿压监测数据的完整性。
在一个实施例中，无线传感器12采用电池供电；无线传感器12采用自组网的方式与数据处理分站13通信连接。采用自组网方式的优势是快速、准确和高效，但也可以根据需要采用ZigBee、蓝牙等通信方式。
在一个实施例中，无线传感器12内部设置有时钟模块(RTC)和/或存储装置。设置在无线传感器12内部的时钟模块(RTC)可以利用网络授时来保证矿压监测数据的时间可靠性；设置在无线传感器12内部的存储装置可以保证在数据处理分站13意外掉电后，还可以继续采集及存储数据，并在恢复供电后将数据全部上传，从而保证矿压监测数据的完整性。
如图3所示，在一个实施例中，有线传感器11设置在煤柱41、煤层42以及煤柱41与煤层42之间的巷道，也可以设置于采空区43。有线传感器11包括对工作面支架所受压力进行监测的有线支架压力传感器111、对锚杆或者锚索的紧固压力进行监测的有线锚杆应力传感器112、对煤帮内的应力进行监测的有线钻孔应力传感器113、对顶板下沉量进行监测的有线围岩移动传感器114、对巷道变形量及工作面支架位移量进行监测的有线激光测距传感器115中的一种或多种。设置于井下的有线传感器11的类型不限于以上几种，比如还可以包括有线摄像头。
如图4所示，在一个实施例中，无线传感器12设置在煤柱41、煤层42以及煤柱41与煤层42之间的巷道，也可以设置于采空区43。无线传感器12包括对工作面支架所受压力进行监测的无线支架压力传感器121、对锚杆或者锚索的紧固压力进行监测的无线锚杆应力传感器122、对煤帮内的应力进行监测的无线钻孔应力传感器123、对顶板下沉量进行监测的无线围岩移动传感器124、对巷道变形量及工作面支架位移量进行监测的无线激光测距传感器125中的一种或多种。设置于井下的无线传感器12的类型不限于以上几种，比如还可以包括无线摄像头。
煤矿数据中心31、云服务器32和远程监测中心33可以形成云平台3，云平台3主要用于完成数据采集和数据分析服务。煤矿数据中心31通过现场监测处理模块实现数据同步采集、保存结构数据和非结构数据；现场监测处理模块还可爬取网络公开信息(天气、灾害、事故通报等)，并将这些数据上传到云服务器32；云服务器32内嵌有云平台管理处理模块321，云平台管理处理模块321可进行数据清洗和数据标准化，以实现不同数据源的数据的统一。云服务器32可以将这些网络数据322上传到远程监测中心33，在远程监测中心33的显示终端上进行显示并将数据存储到远程监测中心33的数据库中，远程监测中心33具备分析决策支持平台331。专家组332对各个煤矿的矿压进行分析时可调用云平台管理处理模块321生成的数据按不同的算法得到相应的处理结果，便于进行人工分析判断，以便根据分析结果提供专业的指导建议和方案。
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种矿压监测分析系统，其特征在于，包括云服务器，所述云服务器分别与煤矿数据中心和远程监测中心通信连接，所述煤矿数据中心位于井上，并与位于井下的若干数据采集单元通信连接，所述数据采集单元用于采集井下矿压监测数据，所述远程监测中心用于远程分析处理。
2.根据权利要求1所述的矿压监测分析系统，其特征在于，所述数据采集单元包括数据处理分站以及与所述数据处理分站通信连接的传感器，所述数据处理分站用于人机交互，所述数据处理分站与所述煤矿数据中心通信连接。
3.根据权利要求2所述的矿压监测分析系统，其特征在于，所述数据处理分站包括与所述煤矿数据中心通信连接的监测主站和与所述监测主站通信连接的监测子站，所述监测子站与所述传感器通信连接，所述监测子站包括工作电源和数据处理模块，所述数据处理模块用于将所述传感器的信号处理为所述监测主站可利用的信号；所述监测主站设有人机交互设备，所述人机交互设备用于井下查询系统数据和了解数据处理结果。
4.根据权利要求2所述的矿压监测分析系统，其特征在于，所述数据采集单元包括传感器中继，所述传感器中继与数据处理分站通信连接，所述传感器中继用于扩大所述传感器的通信范围。
5.根据权利要求2所述的矿压监测分析系统，其特征在于，所述传感器包括用于对工作面支架所受压力进行监测的支架压力传感器、用于对锚杆或者锚索的紧固压力进行监测的锚杆应力传感器、用于对煤帮内的应力进行监测的钻孔应力传感器、用于对顶板下沉量进行监测的围岩移动传感器和用于对巷道变形量及工作面支架位移量进行监测的激光测距传感器中的一种或多种。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的矿压监测分析系统，其特征在于，所述数据处理分站和所述传感器分别设置有存储装置，以保证断网、断电后还可保存采集数据。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的矿压监测分析系统，其特征在于，所述数据处理分站和所述传感器分别设置有时钟模块和网络授时模块以保证所采集数据的时间可靠性。
8.根据权利要求2至5中任一项所述的矿压监测分析系统，其特征在于，所述传感器包括有线传感器和无线传感器以保证数据完整性。
9.根据权利要求8所述的矿压监测分析系统，其特征在于，所述有线传感器采用控制器局域网络总线的方式与所述数据处理分站通信连接。
10.根据权利要求8所述的矿压监测分析系统，其特征在于，所述无线传感器采用电池供电；所述无线传感器采用自组网的方式与所述数据处理分站通信连接。
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