CN112343658A - 基于gis平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，包括设置在地面上的数据处理服务器和若干个监测系统主机、设置在井下的若干个煤与瓦斯突出监测分站和瓦斯浓度传感器、双向风速传感器；煤与瓦斯突出监测分站均设置在矿井内，通过井下环网连接数据处理服务器和监测系统主机；每个所述煤与瓦斯突出监测分站均连接有若干个瓦斯浓度传感器和双向风速传感器，用于根据瓦斯浓度传感器和双向风速传感器的感测数值判断是否发出报警以及报警的等级，并将所述感测数值和判断结果上传给数据处理服务器和监测系统主机。本发明能判定事故发生的强度和地点，将煤矿的经济损失和煤矿职工的生命损失降到最低。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿报警技术领域，具体的说是一种基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统。
背景技术
煤与瓦斯突出是在煤矿井下采掘过程中，在煤和地应力的作用下，突然从煤岩体内喷出大量的煤岩与瓦斯的动力现象。煤与瓦斯突出是煤矿井下一种强大的自然灾害，严重威胁着煤矿的安全生产，具有极大的破坏性，煤与瓦斯突出事故所造成的伤亡人数也是所有煤矿事故中所占比例最大的。因此，煤与瓦斯突出防治十分重要。我国对煤与瓦斯突出预警技术进行了大量的理论和实践研究，然而却对如何及时的判断已经发生的煤与瓦斯突出事故缺少理论研究和实践经验。尤其是当煤与瓦斯突出事故发生后，通过已有的监测系统，往往误判为瓦斯超限，从而延误了救援措施实施，造成完全可以避免的重大经济损失，甚至损失了井下职工的生命。现有的煤与瓦斯突出实时监测与预报方法的误报率和漏报率还较高，难以满足煤矿安全生产的需要。发生突出事故后不能对其涉及的相关工作区域进行快速报警，不能及时通知现场工作人员及时有效的撤离到安全区域。
另外，目前通常以GIS平台为基础开发的煤矿方面的各种软件都是将空间数据与业务数据混合存放在数据库中。在这种模式下，软件的内部逻辑上也没有很好的将他们分离开，这将会对后期的维护带来不少的麻烦。随着GIS平台技术的不断更新功能更强大、性能更稳定、更具性价比的平台会不断涌出。在上述模式下如果想更换GIS平台必须重新开发软件系统，很难快速的将GIS平台进行替换。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，确保及时准确判断煤与瓦斯突出事故是否发生、发生强度及发生的地点
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，包括设置在地面上的数据处理服务器和若干个监测系统主机、设置在井下的若干个煤与瓦斯突出监测分站和若干个瓦斯浓度传感器、双向风速传感器；所述煤与瓦斯突出监测分站均设置在矿井内，通过井下环网连接所述数据处理服务器和监测系统主机；每个所述煤与瓦斯突出监测分站均连接有若干个设置在矿井内的瓦斯浓度传感器和双向风速传感器，所述矿井包括一个或多个采区，所述采区包括若干掘进工作面和回采工作面，用于根据所述瓦斯浓度传感器和双向风速传感器的感测数值判断是否发出报警以及报警的等级，并将所述感测数值和判断结果上传给所述数据处理服务器和监测系统主机。
设置在掘进工作面的所述双向风速传感器包括：
第一双向风速传感器，设置在掘进工作面的进风口处；
第二双向风速传感器，设置在掘进工作面的回风巷处；
设置在掘进工作面的所述瓦斯浓度传感器包括：
第一瓦斯浓度传感器，设置在掘进工作面的进风口处；
第二瓦斯浓度传感器，设置在掘进工作面的回风巷处；
第三瓦斯浓度传感器，设置在掘进头处。
所述第一双向风速传感器的临界值上限大于所述第二双向风速传感器的临界值上限，所述第一双向风速传感器的临界值下限大于所述第二双向风速传感器的临界值下限；所述第二瓦斯浓度传感器和第三瓦斯浓度传感器的临界值均大于所述第一瓦斯浓度传感器的临界值。
设置在掘进工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出一级报警：
(1)所述第一双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第二双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内，且所述第一瓦斯浓度传感器、第二瓦斯浓度传感器和第三瓦斯浓度传感器的感测数值均低于其各自临界值的上限；
(2)所述第二双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第一双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内，且所述第一瓦斯浓度传感器、第二瓦斯浓度传感器和第三瓦斯浓度传感器的感测数值均低于其各自临界值的上限；
(3)所述第一瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值均低于其各自临界值的上限，且所述第一双向风速传感器和第二双向风速传感器的感测数值在其各自临界值的上、下限范围内；
(4)所述第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值均低于其各自临界值的上限，且所述第一双向风速传感器和第二双向风速传感器的感测数值在其各自临界值的上、下限范围内；
设置在掘进工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出二级报警：所述第二瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且所述第一瓦斯浓度传感器的感测数值低于其临界值上限，且所述第一双向风速传感器和第二双向风速传感器的感测数值在其各自临界值的上、下限范围内；
设置在掘进工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出三级报警：
(1)第二双向风速传感器的感测数值超过临界值上限或断线，且第二瓦斯浓度传感器或第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过临界值上限或断线，且第一双向风速传感器的感测数值在临界值上、下限范围内，且第一瓦斯浓度传感器的感测数值低于临界值上限；
(2)第二双向风速传感器的感测数值低于临界值下限或断线，且第二瓦斯浓度传感器或第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过临界值上限或断线，且第一双向风速传感器的感测数值在临界值上、下限范围内，且第一瓦斯浓度传感器的感测数值低于临界值上限；
设置在掘进工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出四级报警：
(1)所述第一双向风速传感器的感测数值低于其临界值下限或断线，且第二瓦斯浓度传感器或第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或第二双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线；
(2)所述第一瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且第二瓦斯浓度传感器或第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或第二双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线；
(3)所述第一双向风速传感器的感测数值低于其临界值下限或断线，且所述第一瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线。
设置在回采工作面的所述双向风速传感器包括：
第三双向风速传感器，设置在回采工作面的进风巷处；
第四双向风速传感器，设置在回采工作面的回风巷处；
设置在回采工作面的所述瓦斯浓度传感器包括：
第四瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的采区进风巷处；
第五瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的进风巷处；
第六瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的回风巷处；
第七瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的上隅角处；
第八瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的回风巷出口处。
所述第六瓦斯浓度传感器、第七瓦斯浓度传感器和第八瓦斯浓度传感器的临界值均大于所述第五瓦斯浓度传感器的临界值，所述第五瓦斯浓度传感器的临界值大于所述第四瓦斯浓度传感器的临界值。
设置在回采工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出一级报警：
(1)所述第六瓦斯浓度传感器/第七瓦斯浓度传感器/第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限，且所述第三双向风速传感器和第四双向风速传感器的感测数值在其各自临界值上、下限范围内；
(2)所述第三双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第四双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内，且所述第四斯浓度传感器、第五斯浓度传感器、第六斯浓度传感器、第七斯浓度传感器和第八瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限；
(3)所述第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第三双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内，且所述第四斯浓度传感器、第五斯浓度传感器、第六斯浓度传感器、第七斯浓度传感器和第八瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限；
(4)所述第四瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限，且所述第三双向风速传感器和第四双向风速传感器的感测数值在其各自临界值上、下限范围内；
(5)所述第五瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限，且所述第三双向风速传感器和第四双向风速传感器的感测数值在其各自临界值上、下限范围内；
设置在回采工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出二级报警：所述第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且所述第六瓦斯浓度传感器或第七瓦斯浓度传感器或第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且所述第四瓦斯浓度传感器和所述第五瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限，且所述第三双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内；
设置在回采工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出三级报警：
(1)所述第三双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且所述第五瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且第四瓦斯浓度传感器的感测数值低于其临界值上限；
(2)所述第三双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第六瓦斯浓度传感器或第七瓦斯浓度传感器或第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或所述第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第四瓦斯浓度传感器和第五瓦斯浓度传感器的感测值均不超过其各自临界值上限；
(3)所述第五瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且第四瓦斯浓度传感器的感测值低于其临界值上限，且第三双向风速传感器的感测数值在临界值上下限范围内，且所述第六瓦斯浓度传感器或第七瓦斯浓度传感器或第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或所述第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线；
设置在回采工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出四级报警：所述第四瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且第五瓦斯浓度传感器或第六瓦斯浓度传感器或第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或所述第三双向风速传感器或第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线。
设置在采区的所述双向风速传感器包括：
第五双向风速传感器，设置在采区的进风巷处；
第六双向风速传感器，设置在采区的回风巷处；
设置在采区的所述瓦斯浓度传感器包括：
第九瓦斯浓度传感器，设置在采区的进风巷处；
第十瓦斯浓度传感器，设置在采区的回风巷处。
所述第十瓦斯浓度传感器的临界值大于所述第九瓦斯浓度传感器的临界值，所述第六双向风速传感器和第五双向风速传感器的临界值上、下限分别相同。
设置在采区的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为当前采区发生煤与瓦斯突出：当前采区的掘进面或回采工作面发生煤与瓦斯突出，且当前采区的所述第九瓦斯浓度传感器、第五双向风速传感器、第十瓦斯浓度传感器和第六双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线；
设置在采区的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为其他采区发生的煤与瓦斯突出波及到当前采区：当前采区的掘进面或回采工作面没有发生煤与瓦斯瓦斯突出，且其它采区发生煤与瓦斯突出，且当前采区的所述第九瓦斯浓度传感器、第五双向风速传感器、第十瓦斯浓度传感器和第六双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线；
设置在采区的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为没有发生煤与瓦斯突出，传感器异常：当前采区的掘进面或回采工作面没有发生煤与瓦斯突出，且其他采区也没有掘进面或回采工作面发生煤与瓦斯突出，且当前采区的所述第九瓦斯浓度传感器、第五双向风速传感器、第十瓦斯浓度传感器和第六双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线。
设置在矿井的所述双向风速传感器包括：
第七双向风速传感器，设置在采区的矿井总进风巷处；
第八双向风速传感器，设置在采区的矿井总回风巷处；
设置在矿井的所述瓦斯浓度传感器包括：
第十一瓦斯浓度传感器，设置在采区的矿井总进风巷处；
第十二瓦斯浓度传感器，设置在采区的矿井总回风巷处。
所述第十二瓦斯浓度传感器的临界值大于所述第十一瓦斯浓度传感器，所述第七双向风速传感器和第八双向风速传感器的临界值上、下限范围相同。
设置在矿井的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为发生波及整个矿井的煤与瓦斯突出：矿井中有一个掘进面或回采工作面发生煤与瓦斯突出报警，且所述第十一瓦斯浓度传感器、第七双向风速传感器、第十二瓦斯浓度传感器和第八双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线；
设置在矿井的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为没有发生煤与瓦斯突出，传感器异常：矿井中没有掘进面或回采工作面发生煤与瓦斯突出报警，且所述第十一瓦斯浓度传感器、第七双向风速传感器、第十二瓦斯浓度传感器和第八双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线。
本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明可以根据设置在不同位置的瓦斯浓度传感器、双向风速传感器报警的先后顺序，判断发生突出的地点、发生突出的等级，在GIS图上显示突出影响区域的防突设备设置、展示避灾路线。
2、本发明在GIS系统中将空间数据和业务数据分离开，最大限度的提高了后期维护的方便性、可行性。
3、本发明在煤与瓦斯突出事故发生后，能准确的判定事故发生的强度和事故发生的地点，以便迅速的采取相应的事故应急措施和指导煤矿井下职工迅速撤离灾区，将煤矿的经济损失和煤矿职工的生命损失降到最低。
附图说明
图1为本发明实施例的系统整体组成结构图；
图2为本发明实施例的掘进工作面瓦斯浓度传感器和双向风速传感器布置图；
图3为本发明实施例的回采工作面瓦斯浓度传感器和双向风速传感器布置图；
图4为本发明实施例的采区和矿井瓦斯浓度传感器、双向风速传感器布置图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，设置在地面上的数据处理服务器和若干个监测系统主机、设置在井下的若干个煤与瓦斯突出监测分站和若干个瓦斯浓度传感器、双向风速传感器；所述煤与瓦斯突出监测分站分别设置在掘进工作面、回采工作面和采区内，通过井下环网连接所述数据处理服务器和监测系统主机；煤与瓦斯突出监测分站的数量不限，用于数据传输。每个所述煤与瓦斯突出监测分站均连接有若干个瓦斯浓度传感器和双向风速传感器，用于根据所述瓦斯浓度传感器和双向风速传感器的感测数值判断是否发出报警以及报警的等级，并将所述感测数值和判断结果上传给所述数据处理服务器和监测系统主机。系统软件采用GIS平台，将瓦斯突出相关信息(瓦斯地质图，瓦斯、双向风速传感器)结合到一起显示到一张动态GIS图中。
a、掘进面煤与瓦斯突出分级报警
掘进工作面传感器位置(如图2所示)：第一双向风速传感器101，设置在掘进工作面的进风口处；第二双向风速传感器103，设置在掘进工作面的回风巷处；第一瓦斯浓度传感器102，设置在掘进工作面的进风口处；第二瓦斯浓度传感器104，设置在掘进工作面的回风巷处；第三瓦斯浓度传感器105，设置在掘进头处。所述第一双向风速传感器101的临界值上限大于所述第二双向风速传感器103的临界值上限，所述第一双向风速传感器101的临界值下限大于所述第二双向风速传感器103的临界值下限；所述第二瓦斯浓度传感器104和第三瓦斯浓度传感器105的临界值均大于所述第一瓦斯浓度传感器102的临界值。
作为本发明的一个实施例，在掘进工作面进风口处设置第一双向风速传感器101，其临界值上、下限分别为6m/s和1m/s；第一瓦斯浓度传感器102，其临界值上限设为0.5％。回风巷处设置第二双向风速传感器103，其临界值上、下限分别为4m/s和0.6m/s；第二瓦斯浓度传感器104，其临界值上限设为1％。掘进头处设置第三瓦斯浓度传感器105，其临界值上限设为1％。
掘进工作面分为四级报警，具体如下。
一级报警，分4种情况：
(1)第一双向风速传感器101超过临界值上、下限范围或断线，第二双向风速传感器103在临界值上、下限范围内；第一瓦斯浓度传感器102、第二瓦斯浓度传感器104、第三瓦斯浓度传感器105均低于临界值上限，系统提示一级报警。
(2)第二双向风速传感器103超过临界值上、下限范围或断线，第一双向风速传感器101在临界值上、下限范围内；第一瓦斯浓度传感器102、第二瓦斯浓度传感器104、第三瓦斯浓度传感器105均低于临界值上限，系统提示一级报警。
(3)第一瓦斯浓度传感器102超过临界值上限或断线，第一双向风速传感器101、第二双向风速传感器103在临界值上、下限范围内，第二瓦斯浓度传感器104、第三瓦斯浓度传感器105均低于临界值上限，系统提示一级报警。
(4)第三瓦斯浓度传感器105超过临界值上限或断线，第一双向风速传感器101、第二双向风速传感器103在临界值上、下限范围内，第一瓦斯浓度传感器102、第二瓦斯浓度传感器104均低于临界值上限，系统提示一级报警。
二级报警：
第二瓦斯浓度传感器104超过临界值上限或断线，第一瓦斯浓度传感器102低于临界值上限，第一双向风速传感器101、第二双向风速传感器103在临界值上、下限范围内，系统提示二级报警。正常情况下，第二瓦斯浓度传感器超过临界值，则必然先有第三瓦斯浓度传感器超过临界值。此时考虑到第三瓦斯浓度传感器有可能异常降低，或者突出使第三瓦斯浓度传感器破坏断电，所以只考虑第二瓦斯浓度传感器超过临界值的情况，不管第三瓦斯浓度传感器的感测值是降低还是超限断电等，都不影响报警结果。
三级报警，分2种情况：
(1)第二双向风速传感器103超过临界值上限或断线，且第二瓦斯浓度传感器104或第三瓦斯浓度传感器105超过临界值上限或断线，且第一双向风速传感器101在临界值上、下限范围内，且第一瓦斯浓度传感器102低于临界值上限，系统报警发生突出。
(2)第二双向风速传感器103超过临界值下限或断线，且第二瓦斯浓度传感器104或第三瓦斯浓度传感器105超过临界值上限或断线，且第一双向风速传感器101在临界值上、下限范围内，且第一瓦斯浓度传感器102低于临界值上限，系统报警发生突出。
四级报警，分3种情况：
(1)第一双向风速传感器101低于其临界值下限或断线，且第二瓦斯浓度传感器104超过临界值上限或断线/第三瓦斯浓度传感器105超过临界值上限或断线/第二双向风速传感器103超过临界值上限或断线，系统报警发生突出。
(2)第一瓦斯浓度传感器102超过临界值上限或断线，且第二瓦斯浓度传感器104超过临界值上限或断线/第三瓦斯浓度传感器105超过临界值上限或断线/第二双向风速传感器103超过临界值上限或断线，系统报警发生突出。
(3)第一双向风速传感器101低于临界值下限或断线，且第一瓦斯浓度传感器102超过临界值上限或断线，系统四级报警，发生突出。
b、回采工作面煤与瓦斯突出分级报警
回采工作面传感器位置：在回采工作面共设置7个传感器，位置如图3所示。第三双向风速传感器203，设置在回采工作面的进风巷处；第四双向风速传感器205，设置在回采工作面的回风巷处；第四瓦斯浓度传感器201，设置在回采工作面的采区进风巷处；第五瓦斯浓度传感器202，设置在回采工作面的进风巷处；第六瓦斯浓度传感器204，设置在回采工作面的回风巷处；第七瓦斯浓度传感器206，设置在回采工作面的上隅角处；第八瓦斯浓度传感器207，设置在回采工作面回风巷出口处。所述第六瓦斯浓度传感器、第七瓦斯浓度传感器和第八瓦斯浓度传感器的临界值均大于所述第五瓦斯浓度传感器的临界值，所述第五瓦斯浓度传感器的临界值大于所述第四瓦斯浓度传感器的临界值。第三双向风速传感器和第四双向风速传感器都设置在回采工作面巷道，进风量等于回风量，因此风速要求一致，即临界值上、下限分别相同。
作为本发明的一个实施例，在回采工作面的采区进风巷设置第四瓦斯浓度传感器201，其临界值设为0.5％。进风巷设置第五瓦斯浓度传感器202，其临界值设为0.7％；第三双向风速传感器203，其临界值上、下限分别为4m/s和0.6m/s。回风巷设置第六瓦斯浓度传感器204，其临界值设为1.0％；第四双向风速传感器205，其临界值上、下限分别为4m/s和0.6m/s。上隅角设置第七瓦斯浓度传感器206，其临界值设为1.0％；回采工作面设置第八瓦斯浓度传感器207，其临界值设为1.0％。
回采工作面分为四级报警，具体如下。
一级报警，分5种情况：
(1)第六瓦斯浓度传感器204/第七瓦斯浓度传感器206/第八瓦斯浓度传感器207超过临界值上限或断线，且第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限，且第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限，且第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内，且第四双向风速传感器205在临界值上、下限范围内，系统提示一级报警；
(2)第三双向风速传感器203超过临界值上、下限范围或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限，第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限，第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限，第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限，第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限，第四双向风速传感器205在临界值上、下限范围内，系统提示一级报警；
(3)第四双向风速传感器205超过临界值上、下限范围或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限，第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限，第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限，第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限，第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限，第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内，系统提示一级报警；
(4)第四瓦斯浓度传感器201超过临界值上限或断线，第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限，第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限，第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限，第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限，第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内，第四双向风速传感器205在临界值上、下限范围内，系统提示一级报警；
(5)第五瓦斯浓度传感器202超过临界值上限或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限，第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限，第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限，第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限，第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内，第四双向风速传感器205在临界值上、下限范围内，系统提示一级报警；
二级报警：
第四双向风速传感器205超过临界值上、下限范围或断线，且第六瓦斯浓度传感器204/第七瓦斯浓度传感器206/第八瓦斯浓度传感器207超过临界值上限或断线，且第四瓦斯浓度传感器201和第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限，且第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内，系统提示二级报警。
三级报警，分3种情况：
(1)第三双向风速传感器203超过临界值上、下限范围或断线，且第五瓦斯浓度传感器202超过临界值上限或断线，且第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限，不需要考虑其他传感器的感测值，系统三级报警，发生突出。
(2)第三双向风速传感器203超过临界值上、下限范围或断线，且第六瓦斯浓度传感器204/第七瓦斯浓度传感器206/第八瓦斯浓度传感器207超过临界值上限或断线或第四双向风速传感器205超过临界值上、下限范围或断线，且第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限，且第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限，系统三级报警，发生突出。
(3)第五瓦斯浓度传感器202超过临界值上限或断线，且第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限，且第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内，且第六瓦斯浓度传感器204/第七瓦斯浓度传感器206/第八瓦斯浓度传感器207超过临界值上限或断线，且第四双向风速传感器205超过临界值上、下限范围或断线，系统三级报警，发生突出。
四级报警：
第四瓦斯浓度传感器201超过临界值上限或断线，且第五瓦斯浓度传感器202/第六瓦斯浓度传感器204/第八瓦斯浓度传感器207超过临界值上限或断线或第三双向风速传感器203低于临界值下限或断线或第四双向风速传感器205超过其临界值上限或断线，系统四级报警，发生突出。此时已经发生突出，离工作面较远的传感器已经感测到，无论第七瓦斯浓度传感器206处于何种状态，都不影响报警结果，故不做限定。
c、采区煤与瓦斯突出分级报警
采区煤与瓦斯突出报警的判定依据主要为当前采区掘进面或回采面所设置的瓦斯浓度传感器和双向风速传感器，采区进风巷和采区回风设置的瓦斯浓度传感器和双向风速传感器，主要用于判定突出波及范围，以便选择合理的避灾逃生路线。采区传感器位置见图4：
采区进风巷：第九瓦斯浓度传感器301，其临界值设为0.5％；第五双向风速传感器302，其临界值上、下限分别为6m/s和1m/s；
采区回风巷：第十瓦斯浓度传感器303，其临界值设为0.7％；第六双向风速风压传感器304，其临界值上、下限分别为6m/s和1m/s。
采区突出报警分为3种情况：
(1)当前采区掘进面或回采工作面发生煤与瓦斯突出(掘进面或回采工作面发生报警)，且当前采区(第九瓦斯浓度传感器301、第五双向风速传感器302、第十瓦斯浓度传感器303、第六双向风速传感器304)只要有一个超出临界值或断线；系统判断为当前采区发生煤与瓦斯突出。
(2)当前采区掘进面或回采工作面没有发生煤与瓦斯瓦斯突出(掘进面或回采工作面没有报警)，其它采区发生煤与瓦斯突出，且当前采区(第九瓦斯浓度传感器301、第五双向风速传感器302、第十瓦斯浓度传感器303、第六双向风速传感器304)只要有一个超出临界值或断线，系统判断为其它采区发生煤与瓦斯突出，已经波及当前采区。
(3)当前采区掘进面或回采工作面没有发生煤与瓦斯突出(掘进面或回采工作面没有报警)，其他采区也没有任何掘进面或回采工作面发生突出，且当前采区(第九瓦斯浓度传感器301、第五双向风速传感器302、第十瓦斯浓度传感器303、第六双向风速传感器304)任何一个临界值或断线，系统判断为没有发生煤与瓦斯突出，传感器异常。
d、矿井煤与瓦斯突出分级报警
矿井传感器位置见图4：
矿井总进风巷：第十一瓦斯浓度传感器306，其临界值设为0.5％；第七双向风速传感器305，其临界值上、下限分别为8m/s和1m/s；
矿井总回风巷：第十二瓦斯浓度传感器307，其临界值设为0.7％；第八风速风压传感器308，其临界值上、下限分别为8m/s和1m/s。
分级报警，分2种情况
(1)矿井中只要有一个掘进面或回采工作面发生突出报警，且只要有任何一个矿井传感器(第十一瓦斯浓度传感器306、第七双向风速传感器305、第十二瓦斯浓度传感器307、第八双向风速传感器308)超出临界值或断线，则判断为矿井突出并报警，且突出已经波及整个矿井。
(2)矿井中没有掘进面或回采工作面发生突出报警，只要有任何一个矿井传感器(第十一瓦斯浓度传感器306、第七双向风速传感器305、第十二瓦斯浓度传感器307、第八双向风速传感器308)超出临界值或断线，则判断为矿井传感器异常，提示检查矿井传感器。
实例选：
首先将矿上的瓦斯地质图、采掘工程平面图录入到GIS系统中(在进行AutoCad图纸导入到GIS系统操作时需要部分手动修改原AutoCad图纸不规范细节)，导入到GIS系统中选定一个回采工作面作为本实例的监测对象。
按回采工作面瓦斯和双向风速传感器布置图进行传感器布置(如果已经有的传感器可通过接口接入到本系统，没有的需要增加)，通过手动断线的方式模拟各测点发生异常的情况。
一级报警：
(1)当第六瓦斯浓度传感器204、第七瓦斯浓度传感器206、第八瓦斯浓度传感器207任意一台超过临界值上限或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限、第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限、第三双向风速传感器203在临界值上下限范围内、第四双向风速传感器205在临界值上、下限范围内；
(2)第三双向风速传感器203超过临界值上、下限范围或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限、第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限、第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限、第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限、第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限、第四双向风速传感器205在临界值上、下限范围内；
(3)第四双向风速传感器205超过临界值上、下限范围或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限、第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限、第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限、第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限、第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限、第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内；
(4)第四瓦斯浓度传感器201超过临界值上限或断线且第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内、第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限、第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限、第四双向风速传感器205低于临界值上限、第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限、第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限；
(5)第五瓦斯浓度传感器202超过临界值上限或断线且第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内、第四双向风速传感器205在临界值上、下限范围内、第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限、第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限、第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限、第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限；
发生以上情况系统设置相对应的回采工作面区域都发出一级报警提示。
二级报警：
当第四双向风速传感器205超过临界值上、下限范围或断线，第六瓦斯浓度传感器204/第七瓦斯浓度传感器206/第八瓦斯浓度传感器207任意一个超过临界值上限或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限、第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限、第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内；
发生该情况时系统设置相对应的回采工作面区域发出二级报警提示。
三级报警：
(1)第三双向风速传感器203超过临界值上、下限范围或断线且第五瓦斯浓度传感器202超过临界值上限或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限、第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限、第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限、第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限、第四双向风速传感器205在临界值上、下限范围内；
(2)第三双向风速传感器203超过其临界值上、下限范围或断线且第四双向风速传感器205超过其临界值上、下限范围或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限、第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限、第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限、第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限、第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限；
(3)第五瓦斯浓度传感器202超过临界值上限或断线、第六瓦斯浓度传感器204超过临界值上限或断线、第四双向风速传感器205超过临界值上、下限范围或断线，第四瓦斯浓度传感器201低于临界值上限、第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限、第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限、第三双向风速传感器203在临界值上、下限范围内；
发生该情况时系统设置相对应的回采工作面区域发出三级报警提示。
四级报警：
当第四瓦斯浓度传感器201超过临界值上限或断线、第三双向风速传感器203超过临界值上、下限范围或断线，第五瓦斯浓度传感器202低于临界值上限、第六瓦斯浓度传感器204低于临界值上限、第八瓦斯浓度传感器207低于临界值上限、第四双向风速传感器205在临界值上、下限范围内、第七瓦斯浓度传感器206低于临界值上限；
发生该情况时系统设置相对应的回采工作面区域发出四级报警提示。
Claims (13)
1.一种基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，包括设置在地面上的数据处理服务器和若干个监测系统主机、设置在井下的若干个煤与瓦斯突出监测分站和若干个瓦斯浓度传感器、双向风速传感器；所述煤与瓦斯突出监测分站均设置在矿井内，通过井下环网连接所述数据处理服务器和监测系统主机；每个所述煤与瓦斯突出监测分站均连接有若干个设置在矿井内的瓦斯浓度传感器和双向风速传感器，所述矿井包括一个或多个采区，所述采区包括若干掘进工作面和回采工作面，用于根据所述瓦斯浓度传感器和双向风速传感器的感测数值判断是否发出报警以及报警的等级，并将所述感测数值和判断结果上传给所述数据处理服务器和监测系统主机。
2.根据权利要求1所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，设置在掘进工作面的所述双向风速传感器包括：
第一双向风速传感器，设置在掘进工作面的进风口处；
第二双向风速传感器，设置在掘进工作面的回风巷处；
设置在掘进工作面的所述瓦斯浓度传感器包括：
第一瓦斯浓度传感器，设置在掘进工作面的进风口处；
第二瓦斯浓度传感器，设置在掘进工作面的回风巷处；
第三瓦斯浓度传感器，设置在掘进头处。
3.根据权利要求2所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，所述第一双向风速传感器的临界值上限大于所述第二双向风速传感器的临界值上限，所述第一双向风速传感器的临界值下限大于所述第二双向风速传感器的临界值下限；所述第二瓦斯浓度传感器和第三瓦斯浓度传感器的临界值均大于所述第一瓦斯浓度传感器的临界值。
4.根据权利要求2所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，设置在掘进工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出一级报警：
(1)所述第一双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第二双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内，且所述第一瓦斯浓度传感器、第二瓦斯浓度传感器和第三瓦斯浓度传感器的感测数值均低于其各自临界值的上限；
(2)所述第二双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第一双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内，且所述第一瓦斯浓度传感器、第二瓦斯浓度传感器和第三瓦斯浓度传感器的感测数值均低于其各自临界值的上限；
(3)所述第一瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值均低于其各自临界值的上限，且所述第一双向风速传感器和第二双向风速传感器的感测数值在其各自临界值的上、下限范围内；
(4)所述第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值均低于其各自临界值的上限，且所述第一双向风速传感器和第二双向风速传感器的感测数值在其各自临界值的上、下限范围内；
设置在掘进工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出二级报警：所述第二瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且所述第一瓦斯浓度传感器的感测数值低于其临界值上限，且所述第一双向风速传感器和第二双向风速传感器的感测数值在其各自临界值的上、下限范围内；
设置在掘进工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出三级报警：
(1)第二双向风速传感器的感测数值超过临界值上限或断线，且第二瓦斯浓度传感器或第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过临界值上限或断线，且第一双向风速传感器的感测数值在临界值上、下限范围内，且第一瓦斯浓度传感器的感测数值低于临界值上限；
(2)第二双向风速传感器的感测数值低于临界值下限或断线，且第二瓦斯浓度传感器或第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过临界值上限或断线，且第一双向风速传感器的感测数值在临界值上、下限范围内，且第一瓦斯浓度传感器的感测数值低于临界值上限；
设置在掘进工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出四级报警：
(1)所述第一双向风速传感器的感测数值低于其临界值下限或断线，且第二瓦斯浓度传感器或第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或第二双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线；
(2)所述第一瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且第二瓦斯浓度传感器或第三瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或第二双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线；
(3)所述第一双向风速传感器的感测数值低于其临界值下限或断线，且所述第一瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线。
5.根据权利要求1所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，设置在回采工作面的所述双向风速传感器包括：
第三双向风速传感器，设置在回采工作面的进风巷处；
第四双向风速传感器，设置在回采工作面的回风巷处；
设置在回采工作面的所述瓦斯浓度传感器包括：
第四瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的采区进风巷处；
第五瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的进风巷处；
第六瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的回风巷处；
第七瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的上隅角处；
第八瓦斯浓度传感器，设置在回采工作面的回风巷出口处。
6.根据权利要求5所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，所述第六瓦斯浓度传感器、第七瓦斯浓度传感器和第八瓦斯浓度传感器的临界值均大于所述第五瓦斯浓度传感器的临界值，所述第五瓦斯浓度传感器的临界值大于所述第四瓦斯浓度传感器的临界值。
7.根据权利要求5所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，设置在回采工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出一级报警：
(1)所述第六瓦斯浓度传感器/第七瓦斯浓度传感器/第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限，且所述第三双向风速传感器和第四双向风速传感器的感测数值在其各自临界值上、下限范围内；
(2)所述第三双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第四双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内，且所述第四斯浓度传感器、第五斯浓度传感器、第六斯浓度传感器、第七斯浓度传感器和第八瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限；
(3)所述第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第三双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内，且所述第四斯浓度传感器、第五斯浓度传感器、第六斯浓度传感器、第七斯浓度传感器和第八瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限；
(4)所述第四瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限，且所述第三双向风速传感器和第四双向风速传感器的感测数值在其各自临界值上、下限范围内；
(5)所述第五瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且其他瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限，且所述第三双向风速传感器和第四双向风速传感器的感测数值在其各自临界值上、下限范围内；
设置在回采工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出二级报警：所述第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且所述第六瓦斯浓度传感器或第七瓦斯浓度传感器或第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且所述第四瓦斯浓度传感器和所述第五瓦斯浓度传感器的感测数值低于其各自临界值上限，且所述第三双向风速传感器的感测数值在其临界值上、下限范围内；
设置在回采工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出三级报警：
(1)所述第三双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且所述第五瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且第四瓦斯浓度传感器的感测数值低于其临界值上限；
(2)所述第三双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第六瓦斯浓度传感器或第七瓦斯浓度传感器或第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或所述第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线，且第四瓦斯浓度传感器和第五瓦斯浓度传感器的感测值均不超过其各自临界值上限；
(3)所述第五瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且第四瓦斯浓度传感器的感测值低于其临界值上限，且第三双向风速传感器的感测数值在临界值上下限范围内，且所述第六瓦斯浓度传感器或第七瓦斯浓度传感器或第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或所述第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线；
设置在回采工作面的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下发出四级报警：所述第四瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线，且第五瓦斯浓度传感器或第六瓦斯浓度传感器或第八瓦斯浓度传感器的感测数值超过其临界值上限或断线或所述第三双向风速传感器或第四双向风速传感器的感测数值超过其临界值上、下限范围或断线。
8.根据权利要求1所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，设置在采区的所述双向风速传感器包括：
第五双向风速传感器，设置在采区的进风巷处；
第六双向风速传感器，设置在采区的回风巷处；
设置在采区的所述瓦斯浓度传感器包括：
第九瓦斯浓度传感器，设置在采区的进风巷处；
第十瓦斯浓度传感器，设置在采区的回风巷处。
9.根据权利要求8所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，所述第十瓦斯浓度传感器的临界值大于所述第九瓦斯浓度传感器的临界值，所述第六双向风速传感器和第五双向风速传感器的临界值上、下限分别相同。
10.根据权利要求8所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，设置在采区的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为当前采区发生煤与瓦斯突出：当前采区的掘进面或回采工作面发生煤与瓦斯突出，且当前采区的所述第九瓦斯浓度传感器、第五双向风速传感器、第十瓦斯浓度传感器和第六双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线；
设置在采区的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为其他采区发生的煤与瓦斯突出波及到当前采区：当前采区的掘进面或回采工作面没有发生煤与瓦斯瓦斯突出，且其它采区发生煤与瓦斯突出，且当前采区的所述第九瓦斯浓度传感器、第五双向风速传感器、第十瓦斯浓度传感器和第六双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线；
设置在采区的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为没有发生煤与瓦斯突出，传感器异常：当前采区的掘进面或回采工作面没有发生煤与瓦斯突出，且其他采区也没有掘进面或回采工作面发生煤与瓦斯突出，且当前采区的所述第九瓦斯浓度传感器、第五双向风速传感器、第十瓦斯浓度传感器和第六双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线。
11.根据权利要求1所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，设置在矿井的所述双向风速传感器包括：
第七双向风速传感器，设置在采区的矿井总进风巷处；
第八双向风速传感器，设置在采区的矿井总回风巷处；
设置在矿井的所述瓦斯浓度传感器包括：
第十一瓦斯浓度传感器，设置在采区的矿井总进风巷处；
第十二瓦斯浓度传感器，设置在采区的矿井总回风巷处。
12.根据权利要求11所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，所述第十二瓦斯浓度传感器的临界值大于所述第十一瓦斯浓度传感器，所述第七双向风速传感器和第八双向风速传感器的临界值上、下限范围相同。
13.根据权利要求11所述的基于GIS平台的矿井煤与瓦斯突出分级报警及应急避难系统，其特征在于，设置在矿井的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为发生波及整个矿井的煤与瓦斯突出：矿井中有一个掘进面或回采工作面发生煤与瓦斯突出报警，且所述第十一瓦斯浓度传感器、第七双向风速传感器、第十二瓦斯浓度传感器和第八双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线；
设置在矿井的所述煤与瓦斯突出监测分站在以下情况下判断为没有发生煤与瓦斯突出，传感器异常：矿井中没有掘进面或回采工作面发生煤与瓦斯突出报警，且所述第十一瓦斯浓度传感器、第七双向风速传感器、第十二瓦斯浓度传感器和第八双向风速传感器中的任一个的感测数值超出其临界值或断线。
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2020
- 2020-11-16 CN CN202011280738.XA patent/CN112343658B/zh active Active
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