CN113833513A - 矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿安全技术领域，公开了一种矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，包括传感器模块、瓦斯抽采监控模块、矿井背景资料收集模块、串口服务器、监控采集服务器、以太网通信模块、数据服务器、人机交互模块和综合可视化平台；传感器模块与串口服务器通信连接，瓦斯抽采监控模块与监控采集服务器通信连接，矿井背景资料收集模块、监控采集服务器和串口服务器均与数据服务器通过以太网通信模块连接，数据服务器与人机交互模块通信连接，人机交互模块与综合可视化平台通信连接。本发明实现了瓦斯抽采的综合管理和可视化，提高了瓦斯抽采效率，减少了事故的发生。本发明适用于瓦斯抽采的综合可视化管理。

Description

矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及瓦斯抽采系统的管理，具体地说是一种矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台。

背景技术

我国煤炭资源丰富，分布范围广，在能源消费中占据主导地位。随着煤炭开采向纵深发展，煤层赋存条件愈发复杂，瓦斯安全问题愈加重要。矿井瓦斯抽采的过程中，“钻孔-管路-泵站”全体系瓦斯抽采基本参数过多依赖巡检人员的抽检和手工记录，不能实时反映钻孔及系统的抽采效果，难以体现抽采系统工作状态；施工过程中，施工人员的主观偏差，瓦斯抽采施工细节信息统计不够全面，缺乏全程跟踪式监督，不能科学地统计钻孔抽采进尺等问题；在管理过程中，图纸设计、施工监督、效果验证、参数统计、数据更新等方面仍有不足，矿井瓦斯抽采信息还处于简单记录归档的阶段，不能做到系统化管理，阻碍瓦斯抽采参数的实时更新及信息共享。因此，迫切需求革新式的瓦斯抽采系统高效监测手段和一体化管理方法，实现数据实时化、计量精准化、钻进视频化、管理标准化、系统可视化，促进矿井安全生产水平建设。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，以实现瓦斯抽采的综合管理和可视化。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

一种矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，包括传感器模块、瓦斯抽采监控模块、矿井背景资料收集模块、串口服务器、监控采集服务器、以太网通信模块、数据服务器、人机交互模块和综合可视化平台；

人机交互模块包括矿井瓦斯抽采系统人机交互单元、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元、瓦斯抽采实时监控人机交互单元、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元、矿井瓦斯监测预警人机交互单元、矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元；

综合可视化平台包括矿井瓦斯抽采系统可视化单元、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理可视化单元、瓦斯抽采实时监控可视化单元、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化单元、矿井瓦斯监测预警可视化单元、矿井瓦斯抽采设备及数据管理可视化单元；

传感器模块与串口服务器通信连接，瓦斯抽采监控模块与监控采集服务器通信连接，矿井背景资料收集模块、串口服务器和监控采集服务器均与数据服务器通过以太网通信模块连接，数据服务器与人机交互模块通信连接，人机交互模块与综合可视化平台通信连接。

作为限定：传感器模块与串口服务器通过RS232总线、RS485总线、CAN总线和I²C总线中的一种总线连接，传感器模块包括分别安装在抽采钻孔、抽采管路和抽采泵站的气体浓度传感器、气体压力传感器、气体温度传感器和气体流量传感器，分别安装在回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面的气体浓度传感器、温度传感器和风速传感器，以及安装在瓦斯抽采设备上的温度传感器。

作为另一种限定：瓦斯抽采监控模块包括分别安装在钻机、采煤工作面上隅角、抽采泵站和抽采管路上的摄像头。

作为进一步限定：以太网通信模块与数据服务器之间基于TCP/IP协议通信连接，人机交互模块通过ActiveX控件与数据服务器通信连接。

作为再进一步限定：数据服务器中储存有瓦斯规范，并内置有用于判定瓦斯是否超限的判定单元，若瓦斯抽采的数据超限，则发送报警信号至人机交互模块，人机交互模块则将报警信号呈现至综合可视化平台。

作为更进一步限定：矿井瓦斯抽采系统人机交互单元、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元、瓦斯抽采实时监控人机交互单元、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元、矿井瓦斯监测预警人机交互单元、矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中均设有信息调取子单元、信息查询子单元、信息编辑子单元、信息更新子单元和信息存储子单元。

作为最后一种限定：

矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井通风系统图、矿井瓦斯抽采系统图、采掘工程平面图、煤矿综合柱状图、矿井顶板或底板等高线图、矿井瓦斯地质参数、工作面开采参数，瓦斯抽采基础参数包括瓦斯浓度、瓦斯压力、瓦斯流量和瓦斯温度，瓦斯抽采钻孔布孔基础参数包括钻孔设计高度、钻孔孔径、钻孔偏角、钻孔仰角、钻孔长度和钻孔封孔长度，矿井瓦斯地质参数包括煤层原始瓦斯含量、煤层原始瓦斯压力、煤的坚固性系数、煤的瓦斯放散初速度、开采深度、煤层围岩性质及厚度、煤层埋深、钻屑瓦斯解吸指标、钻屑瓦斯解吸指标₂、瓦斯储量、煤质工业分析指标、煤的瓦斯吸附常数、煤的瓦斯吸附常数；

矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的瓦斯抽采基础参数、瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井瓦斯抽采系统图、矿井顶板或底板等高线图进行数据融合，建立三维矢量化模型，结合数据服务器中带经纬坐标的气体浓度、气体流量和气体压力的数据，生成矿井瓦斯抽采系统瓦斯浓度可视化矢量图、瓦斯流量可视化矢量图、瓦斯压力可视化矢量图，根据用户指定位置，查询数据服务器中对应位置的瓦斯浓度、瓦斯流量、瓦斯压力，并上传至矿井瓦斯抽采系统可视化单元中；矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息存储子单元存储有数据判别模型和公式，用于对矿井瓦斯抽采系统管道内的瓦斯浓度进行颜色分级，用户能够将所需的信息和传感器模块的历史数据进行存储；

矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息更新子单元更新数据服务器中传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井瓦斯抽采系统图、采掘工程平面图、工作面顶板或底板等高线图、矿井瓦斯地质参数；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的瓦斯抽采基础参数、瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井瓦斯抽采系统图、工作面顶板或底板等高线图进行数据融合，建立工作面三维矢量化模型，结合数据服务器中带经纬坐标的气体浓度、气体流量和气体压力的数据，生成工作面瓦斯抽采浓度可视化矢量图、瓦斯流量可视化矢量图、瓦斯压力可视化矢量图，根据用户指定位置，查询数据服务器中对应位置的瓦斯浓度、瓦斯流量、瓦斯压力，并上传至工作面瓦斯抽采钻孔监测管理可视化单元中；根据调取的瓦斯抽采基础参数，对钻孔抽采效果进行颜色分级评价，依据分级评价结果监测瓦斯抽采钻孔的漏气情况，划分瓦斯抽采钻孔漏气等级，形成展示的表格和图像，对钻孔抽采效果进行监控，输出控制节点的控制参数和期望值，进行远程自动控制；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息存储子单元存储有钻孔抽采效果分级评价的判别模型，判别瓦斯抽采钻孔的漏气等级以及抽采效果，进行颜色分级，用户能够将所需的信息和传感器模块的历史数据进行存储；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息更新子单元更新数据服务器中传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的瓦斯抽采监控模块采集的视频信息；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的视频信息，上传至瓦斯抽采实时监控可视化单元中，实时监控钻机、抽采管路和瓦斯抽采泵的工作状态，实时更新钻机位置，监控钻机钻进过程和钻孔进尺情况；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息存储子单元用于存储用户所需的视频信息；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息更新子单元实时更新数据服务器中的瓦斯抽采监控模块采集的视频信息；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元的信息调取子单元用于调取数据服务器中的煤矿综合柱状图、采掘工程平面图和矿井瓦斯地质参数；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的煤矿综合柱状图、采掘工程平面图和矿井瓦斯地质参数建立采空区覆岩移动裂隙动态演化模型并计算覆岩三带高度及来压步距，将采空区覆岩移动裂隙动态演化模拟过程和覆岩三带高度及来压步距的计算结果上传至采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化单元中；模型块体采用莫尔-库伦模型，节理模型采用节理面接触库伦滑移模型，模型左右两侧及底部均为法向位移约束，重构采空区覆岩移动裂隙动态立体演化过程；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元中的信息存储子单元用于存储采空区覆岩移动裂隙动态演化模型及结果；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元中的信息更新子单元实时更新采空区覆岩移动裂隙动态演化过程；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面瓦斯浓度、温度和风速，以及矿井背景资料收集模块收集的工作面开采参数，具体包括工作面煤层埋深、煤层厚度、回采工作面内的日产量、煤层瓦斯含量、日推进度、风量、矿井瓦斯涌出量、采掘工作面的瓦斯涌出量；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的传感器模块采集的回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面瓦斯浓度、温度和风速预测瓦斯涌出量，计算矿井及巷道瓦斯浓度，形成瓦斯浓度统计表、温度统计表、风速实时监测表，上传至矿井瓦斯监测预警可视化单元中；根据矿井背景资料收集模块收集的工作面煤层埋深、煤层厚度、回采工作面内的日产量、煤层瓦斯含量、日推进度和风量预测瓦斯涌出量，并形成日报表，上传至矿井瓦斯监测预警可视化单元中；根据矿井背景资料收集模块收集的矿井瓦斯涌出总量、回采工作面内的日产量、采掘工作面的瓦斯涌出量计算矿井相对瓦斯涌出量，上传至矿井瓦斯监测预警可视化单元中；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息存储子单元用于存储矿井相对瓦斯涌出量的计算公式模型及计算结果；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息更新子单元实时更新数据服务器中存储的传感器模块采集的回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面瓦斯浓度、温度和风速；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的瓦斯抽采设备的运行温度、瓦斯抽采监控模块采集的视频文件和矿井背景资料收集模块收集的瓦斯抽采设备的型号、瓦斯抽采设备的投入使用日期、瓦斯抽采设备的使用年限、瓦斯抽采设备发生故障的次数、瓦斯抽采设备的故障报告、下井的抽采队人员姓名和下井的抽采队人员数量、瓦斯地质基础参数；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息编辑子单元根据瓦斯抽采监控模块采集的视频文件，判断瓦斯抽采设备的启停状态、工作位置和运行状态，将瓦斯地质基本参数、瓦斯抽采设备的启停状态、工作位置和运行状态、瓦斯抽采设备的温度、瓦斯抽采设备的型号、瓦斯抽采设备的投入使用日期、瓦斯抽采设备的使用年限、瓦斯抽采设备发生故障的次数、瓦斯抽采设备的故障报告、下井的抽采队人员姓名、下井的抽采队人员数量、生命周期内的瓦斯抽采钻孔数量及钻孔布孔基本参数和计划打钻的瓦斯抽采钻孔数量及钻孔布孔基本参数制成图表，上传至矿井瓦斯抽采设备及数据管理可视化单元中；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息存储子单元用于存储瓦斯抽采设备的信息和瓦斯抽采钻孔的信息；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息更新子单元更新矿井瓦斯抽采设备的运行状态、运行温度、抽采钻孔的瓦斯浓度、抽采钻孔孔口的负压及瓦斯地质基础参数。

本发明由于采用了上述方案，与现有技术相比，所取得的有益效果是：

本发明提供的矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，通过采集抽采钻孔、抽采管路和抽采泵站的气体浓度、气体压力、气体温度和气体流量，采集回风巷、集中巷、采煤工作面上隅角和采煤工作面的瓦斯浓度、温度和风速，采集瓦斯抽采设备的温度，收集矿井背景资料，将矿井瓦斯抽采系统、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理、瓦斯抽采实时监控、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移、矿井瓦斯监测预警、矿井瓦斯抽采设备及数据进行数据融合，显示在综合可视化平台上，方便了瓦斯抽采的综合管理，实现了瓦斯抽采的实时监控和状态诊断，减少事故的发生，提高了瓦斯抽采的效率。

本发明适用于瓦斯抽采的综合可视化管理。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为本发明实施例的矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台的结构框图；

图中：1、人机交互模块；2、综合可视化平台。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于以下实施例，任何在本发明具体实施例基础上做出的改进和等效变化，都在本发明权利要求保护的范围之内。

实施例 矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台

一种矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，其结构框图如图1所示，包括传感器模块、瓦斯抽采监控模块、矿井背景资料收集模块、串口服务器、监控采集服务器、以太网通信模块、数据服务器、人机交互模块1和综合可视化平台2；

人机交互模块1包括矿井瓦斯抽采系统人机交互单元、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元、瓦斯抽采实时监控人机交互单元、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元、矿井瓦斯监测预警人机交互单元、矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元；

综合可视化平台2包括矿井瓦斯抽采系统可视化单元、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理可视化单元、瓦斯抽采实时监控可视化单元、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化单元、矿井瓦斯监测预警可视化单元、矿井瓦斯抽采设备及数据管理可视化单元；

传感器模块与串口服务器通过RS232总线、RS485总线、CAN总线和I²C总线中的一种总线连接，瓦斯抽采监控模块与监控采集服务器通信连接、矿井背景资料收集模块、监控采集服务器和串口服务器均与数据服务器通过以太网通信模块连接，以太网通信模块与数据服务器之间基于TCP/IP协议通信连接，人机交互模块1通过ActiveX控件与数据服务器通信连接，人机交互模块1与综合可视化平台2通信连接。

传感器模块包括分别安装在抽采钻孔、抽采管路和抽采泵站的气体浓度传感器、气体压力传感器、气体温度传感器和气体流量传感器，分别安装在回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面的气体浓度传感器、温度传感器和风速传感器，以及安装在瓦斯抽采设备上的温度传感器。

瓦斯抽采监控模块包括分别安装在钻机、采煤工作面上隅角、抽采泵站和抽采管路上的摄像头。

数据服务器中储存有瓦斯规范，并内置有用于判定瓦斯是否超限的判定单元，若瓦斯抽采的数据超限，则发送报警信号至人机交互模块1，人机交互模块1则将报警信号呈现至综合可视化平台2。

矿井瓦斯抽采系统人机交互单元、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元、瓦斯抽采实时监控人机交互单元、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元、矿井瓦斯监测预警人机交互单元、矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中均设有信息调取子单元、信息查询子单元、信息编辑子单元、信息更新子单元和信息存储子单元。

矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井通风系统图、矿井瓦斯抽采系统图、采掘工程平面图、煤矿综合柱状图、矿井顶板或底板等高线图、矿井瓦斯地质参数、工作面开采参数，瓦斯抽采基础参数包括瓦斯浓度、瓦斯压力、瓦斯流量和瓦斯温度，瓦斯抽采钻孔布孔基础参数包括钻孔设计高度、钻孔孔径、钻孔偏角、钻孔仰角、钻孔长度和钻孔封孔长度，矿井瓦斯地质参数包括煤层原始瓦斯含量、煤层原始瓦斯压力、煤的坚固性系数、煤的瓦斯放散初速度、开采深度、煤层围岩性质及厚度、煤层埋深、钻屑瓦斯解吸指标、钻屑瓦斯解吸指标₂、瓦斯储量、煤质工业分析指标、煤的瓦斯吸附常数、煤的瓦斯吸附常数；

矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的瓦斯抽采基础参数、瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井瓦斯抽采系统图、矿井顶板或底板等高线图进行数据融合，建立三维矢量化模型，结合数据服务器中带经纬坐标的气体浓度、气体流量和气体压力的数据，生成矿井瓦斯抽采系统瓦斯浓度可视化矢量图、瓦斯流量可视化矢量图、瓦斯压力可视化矢量图，根据用户指定位置，查询数据服务器中对应位置的瓦斯浓度、瓦斯流量、瓦斯压力，并上传至矿井瓦斯抽采系统可视化单元中；矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息存储子单元存储有数据判别模型和公式，用于对矿井瓦斯抽采系统管道内的瓦斯浓度进行颜色分级，用户能够将所需的信息和传感器模块的历史数据进行存储；

矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息更新子单元更新数据服务器中传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井瓦斯抽采系统图、采掘工程平面图、工作面顶板或底板等高线图、矿井瓦斯地质参数；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的瓦斯抽采基础参数、瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井瓦斯抽采系统图、工作面顶板或底板等高线图进行数据融合，建立工作面三维矢量化模型，结合数据服务器中带经纬坐标的气体浓度、气体流量和气体压力的数据，生成工作面瓦斯抽采浓度可视化矢量图、瓦斯流量可视化矢量图、瓦斯压力可视化矢量图，根据用户指定位置，查询数据服务器中对应位置的瓦斯浓度、瓦斯流量、瓦斯压力，并上传至工作面瓦斯抽采钻孔监测管理可视化单元中；根据调取的瓦斯抽采基础参数，对钻孔抽采效果进行颜色分级评价，依据分级评价结果监测瓦斯抽采钻孔的漏气情况，划分瓦斯抽采钻孔漏气等级，形成展示的表格和图像，对钻孔抽采效果进行监控，输出控制节点的控制参数和期望值，进行远程自动控制；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息存储子单元存储有钻孔抽采效果分级评价的判别模型，判别瓦斯抽采钻孔的漏气等级以及抽采效果，进行颜色分级，用户能够将所需的信息和传感器模块的历史数据进行存储；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息更新子单元更新数据服务器中传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的瓦斯抽采监控模块采集的视频信息；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的视频信息，上传至瓦斯抽采实时监控可视化单元中，实时监控钻机、抽采管路和瓦斯抽采泵的工作状态，实时更新钻机位置，监控钻机钻进过程和钻孔进尺情况；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息存储子单元用于存储用户所需的视频信息；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息更新子单元实时更新数据服务器中的瓦斯抽采监控模块采集的视频信息；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元的信息调取子单元用于调取数据服务器中的煤矿综合柱状图、采掘工程平面图和矿井瓦斯地质参数；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的煤矿综合柱状图、采掘工程平面图和矿井瓦斯地质参数建立采空区覆岩移动裂隙动态演化模型并计算覆岩三带高度及来压步距，将采空区覆岩移动裂隙动态演化模拟过程和覆岩三带高度及来压步距的计算结果上传至采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化单元中；模型块体采用莫尔-库伦模型，节理模型采用节理面接触库伦滑移模型，模型左右两侧及底部均为法向位移约束，重构采空区覆岩移动裂隙动态立体演化过程；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元中的信息存储子单元用于存储采空区覆岩移动裂隙动态演化模型及结果；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元中的信息更新子单元实时更新采空区覆岩移动裂隙动态演化过程；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面瓦斯浓度、温度和风速，以及矿井背景资料收集模块收集的工作面开采参数，具体包括工作面煤层埋深、煤层厚度、回采工作面内的日产量、煤层瓦斯含量、日推进度、风量、矿井瓦斯涌出量、采掘工作面的瓦斯涌出量；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的传感器模块采集的回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面瓦斯浓度、温度和风速预测瓦斯涌出量，计算矿井及巷道瓦斯浓度，形成瓦斯浓度统计表、温度统计表、风速实时监测表，上传至矿井瓦斯监测预警可视化单元中；根据矿井背景资料收集模块收集的工作面煤层埋深、煤层厚度、回采工作面内的日产量、煤层瓦斯含量、日推进度和风量预测瓦斯涌出量，并形成日报表，上传至矿井瓦斯监测预警可视化单元中；根据矿井背景资料收集模块收集的矿井瓦斯涌出总量、回采工作面内的日产量、采掘工作面的瓦斯涌出量计算矿井相对瓦斯涌出量，上传至矿井瓦斯监测预警可视化单元中；矿井相对瓦斯涌出量的计算公式为：，其中，表示矿井相对瓦斯涌出量，表示已采盘区内的瓦斯涌出系数，表示第i个生产盘区的相对瓦斯涌出量， 表示第i个生产盘区平均日产量；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息存储子单元用于存储矿井相对瓦斯涌出量的计算公式模型及计算结果；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息更新子单元实时更新数据服务器中存储的传感器模块采集的回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面瓦斯浓度、温度和风速；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的瓦斯抽采设备的运行温度、瓦斯抽采监控模块采集的视频文件和矿井背景资料收集模块收集的瓦斯抽采设备的型号、瓦斯抽采设备的投入使用日期、瓦斯抽采设备的使用年限、瓦斯抽采设备发生故障的次数、瓦斯抽采设备的故障报告、下井的抽采队人员姓名和下井的抽采队人员数量、瓦斯地质基础参数；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息编辑子单元根据瓦斯抽采监控模块采集的视频文件，判断瓦斯抽采设备的启停状态、工作位置和运行状态，将瓦斯地质基本参数、瓦斯抽采设备的启停状态、工作位置和运行状态、瓦斯抽采设备的温度、瓦斯抽采设备的型号、瓦斯抽采设备的投入使用日期、瓦斯抽采设备的使用年限、瓦斯抽采设备发生故障的次数、瓦斯抽采设备的故障报告、下井的抽采队人员姓名、下井的抽采队人员数量、生命周期内的瓦斯抽采钻孔数量及钻孔布孔基本参数和计划打钻的瓦斯抽采钻孔数量及钻孔布孔基本参数制成图表，上传至矿井瓦斯抽采设备及数据管理可视化单元中；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息存储子单元用于存储瓦斯抽采设备的信息和瓦斯抽采钻孔的信息；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息更新子单元更新矿井瓦斯抽采设备的运行状态、运行温度、抽采钻孔的瓦斯浓度、抽采钻孔孔口的负压及瓦斯地质基础参数。

Claims (7)

1.一种矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，其特征在于，包括传感器模块、瓦斯抽采监控模块、矿井背景资料收集模块、串口服务器、监控采集服务器、以太网通信模块、数据服务器、人机交互模块和综合可视化平台；

人机交互模块包括矿井瓦斯抽采系统人机交互单元、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元、瓦斯抽采实时监控人机交互单元、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元、矿井瓦斯监测预警人机交互单元、矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元；

综合可视化平台包括矿井瓦斯抽采系统可视化单元、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理可视化单元、瓦斯抽采实时监控可视化单元、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化单元、矿井瓦斯监测预警可视化单元、矿井瓦斯抽采设备及数据管理可视化单元；

传感器模块与串口服务器通信连接，瓦斯抽采监控模块与监控采集服务器通信连接，矿井背景资料收集模块、串口服务器和监控采集服务器均与数据服务器通过以太网通信模块连接，数据服务器与人机交互模块通信连接，人机交互模块与综合可视化平台通信连接。

2.根据权利要求1所述的矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，其特征在于，传感器模块与串口服务器通过RS232总线、RS485总线、CAN总线和I²C总线中的一种总线连接，传感器模块包括分别安装在抽采钻孔、抽采管路和抽采泵站的气体浓度传感器、气体压力传感器、气体温度传感器和气体流量传感器，分别安装在回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面的气体浓度传感器、温度传感器和风速传感器，以及安装在瓦斯抽采设备上的温度传感器。

3.根据权利要求2所述的矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，其特征在于，瓦斯抽采监控模块包括分别安装在钻机、采煤工作面上隅角、抽采泵站和抽采管路上的摄像头。

4.根据权利要求3所述的矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，其特征在于，以太网通信模块与数据服务器之间基于TCP/IP协议通信连接，人机交互模块通过ActiveX控件与数据服务器通信连接。

5.根据权利要求4所述的矿井瓦斯抽系统采综合管理可视化平台，其特征在于，数据服务器中储存有瓦斯规范，并内置有用于判定瓦斯是否超限的判定单元，若瓦斯抽采的数据超限，则发送报警信号至人机交互模块，人机交互模块则将报警信号呈现至综合可视化平台。

6.根据权利要求5所述的矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，其特征在于，矿井瓦斯抽采系统人机交互单元、工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元、瓦斯抽采实时监控人机交互单元、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元、矿井瓦斯监测预警人机交互单元、矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中均设有信息调取子单元、信息查询子单元、信息编辑子单元、信息更新子单元和信息存储子单元。

7.根据权利要求6所述的矿井瓦斯抽采系统综合管理可视化平台，其特征在于，矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井通风系统图、矿井瓦斯抽采系统图、采掘工程平面图、煤矿综合柱状图、矿井顶板或底板等高线图、矿井瓦斯地质参数、工作面开采参数，瓦斯抽采基础参数包括瓦斯浓度、瓦斯压力、瓦斯流量和瓦斯温度，瓦斯抽采钻孔布孔基础参数包括钻孔设计高度、钻孔孔径、钻孔偏角、钻孔仰角、钻孔长度和钻孔封孔长度，矿井瓦斯地质参数包括煤层原始瓦斯含量、煤层原始瓦斯压力、煤的坚固性系数、煤的瓦斯放散初速度、开采深度、煤层围岩性质及厚度、煤层埋深、钻屑瓦斯解吸指标、钻屑瓦斯解吸指标₂、瓦斯储量、煤质工业分析指标、煤的瓦斯吸附常数、煤的瓦斯吸附常数；

矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的瓦斯抽采基础参数、瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井瓦斯抽采系统图、矿井顶板或底板等高线图进行数据融合，建立三维矢量化模型，结合数据服务器中带经纬坐标的气体浓度、气体流量和气体压力的数据，生成矿井瓦斯抽采系统瓦斯浓度可视化矢量图、瓦斯流量可视化矢量图、瓦斯压力可视化矢量图，根据用户指定位置，查询数据服务器中对应位置的瓦斯浓度、瓦斯流量、瓦斯压力，并上传至矿井瓦斯抽采系统可视化单元中；矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息存储子单元存储有数据判别模型和公式，用于对矿井瓦斯抽采系统管道内的瓦斯浓度进行颜色分级，用户能够将所需的信息和传感器模块的历史数据进行存储；

矿井瓦斯抽采系统人机交互单元中的信息更新子单元更新数据服务器中传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井瓦斯抽采系统图、采掘工程平面图、工作面顶板或底板等高线图、矿井瓦斯地质参数；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的瓦斯抽采基础参数、瓦斯抽采钻孔布孔基础参数、矿井瓦斯抽采系统图、工作面顶板或底板等高线图进行数据融合，建立工作面三维矢量化模型，结合数据服务器中带经纬坐标的气体浓度、气体流量和气体压力的数据，生成工作面瓦斯抽采浓度可视化矢量图、瓦斯流量可视化矢量图、瓦斯压力可视化矢量图，根据用户指定位置，查询数据服务器中对应位置的瓦斯浓度、瓦斯流量、瓦斯压力，并上传至工作面瓦斯抽采钻孔监测管理可视化单元中；根据调取的瓦斯抽采基础参数，对钻孔抽采效果进行颜色分级评价，依据分级评价结果监测瓦斯抽采钻孔的漏气情况，划分瓦斯抽采钻孔漏气等级，形成展示的表格和图像，对钻孔抽采效果进行监控，输出控制节点的控制参数和期望值，进行远程自动控制；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息存储子单元存储有钻孔抽采效果分级评价的判别模型，判别瓦斯抽采钻孔的漏气等级以及抽采效果，进行颜色分级，用户能够将所需的信息和传感器模块的历史数据进行存储；

工作面瓦斯抽采钻孔监测管理人机交互单元中的信息更新子单元更新数据服务器中传感器模块采集的瓦斯抽采基础参数和矿井背景资料收集模块所收集的瓦斯抽采钻孔布孔基础参数；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的瓦斯抽采监控模块采集的视频信息；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的视频信息，上传至瓦斯抽采实时监控可视化单元中，实时监控钻机、抽采管路和瓦斯抽采泵的工作状态，实时更新钻机位置，监控钻机钻进过程和钻孔进尺情况；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息存储子单元用于存储用户所需的视频信息；

瓦斯抽采实时监控人机交互单元中的信息更新子单元实时更新数据服务器中的瓦斯抽采监控模块采集的视频信息；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元的信息调取子单元用于调取数据服务器中的煤矿综合柱状图、采掘工程平面图和矿井瓦斯地质参数；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的煤矿综合柱状图、采掘工程平面图和矿井瓦斯地质参数建立采空区覆岩移动裂隙动态演化模型并计算覆岩三带高度及来压步距，将采空区覆岩移动裂隙动态演化模拟过程和覆岩三带高度及来压步距的计算结果上传至采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化单元中；模型块体采用莫尔-库伦模型，节理模型采用节理面接触库伦滑移模型，模型左右两侧及底部均为法向位移约束，重构采空区覆岩移动裂隙动态立体演化过程；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元中的信息存储子单元用于存储采空区覆岩移动裂隙动态演化模型及结果；

采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互单元中的信息更新子单元实时更新采空区覆岩移动裂隙动态演化过程；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面瓦斯浓度、温度和风速，以及矿井背景资料收集模块收集的工作面开采参数，具体包括工作面煤层埋深、煤层厚度、回采工作面内的日产量、煤层瓦斯含量、日推进度、风量、矿井瓦斯涌出量、采掘工作面的瓦斯涌出量；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息编辑子单元根据调取的传感器模块采集的回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面瓦斯浓度、温度和风速预测瓦斯涌出量，计算矿井及巷道瓦斯浓度，形成瓦斯浓度统计表、温度统计表、风速实时监测表，上传至矿井瓦斯监测预警可视化单元中；根据矿井背景资料收集模块收集的工作面煤层埋深、煤层厚度、回采工作面内的日产量、煤层瓦斯含量、日推进度和风量预测瓦斯涌出量，并形成日报表，上传至矿井瓦斯监测预警可视化单元中；根据矿井背景资料收集模块收集的矿井瓦斯涌出总量、回采工作面内的日产量、采掘工作面的瓦斯涌出量计算矿井相对瓦斯涌出量，上传至矿井瓦斯监测预警可视化单元中；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息存储子单元用于存储矿井相对瓦斯涌出量的计算公式模型及计算结果；

矿井瓦斯监测预警人机交互单元中的信息更新子单元实时更新数据服务器中存储的传感器模块采集的回风巷、集中巷、工作面上隅角和采煤工作面瓦斯浓度、温度和风速；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息调取子单元用于调取数据服务器中存储的传感器模块采集的瓦斯抽采设备的运行温度、瓦斯抽采监控模块采集的视频文件和矿井背景资料收集模块收集的瓦斯抽采设备的型号、瓦斯抽采设备的投入使用日期、瓦斯抽采设备的使用年限、瓦斯抽采设备发生故障的次数、瓦斯抽采设备的故障报告、下井的抽采队人员姓名和下井的抽采队人员数量、瓦斯地质基础参数；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息编辑子单元根据瓦斯抽采监控模块采集的视频文件，判断瓦斯抽采设备的启停状态、工作位置和运行状态，将瓦斯地质基本参数、瓦斯抽采设备的启停状态、工作位置和运行状态、瓦斯抽采设备的温度、瓦斯抽采设备的型号、瓦斯抽采设备的投入使用日期、瓦斯抽采设备的使用年限、瓦斯抽采设备发生故障的次数、瓦斯抽采设备的故障报告、下井的抽采队人员姓名、下井的抽采队人员数量、生命周期内的瓦斯抽采钻孔数量及钻孔布孔基本参数和计划打钻的瓦斯抽采钻孔数量及钻孔布孔基本参数制成图表，上传至矿井瓦斯抽采设备及数据管理可视化单元中；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息存储子单元用于存储瓦斯抽采设备的信息和瓦斯抽采钻孔的信息；

矿井瓦斯抽采设备及数据管理人机交互单元中的信息更新子单元更新矿井瓦斯抽采设备的运行状态、运行温度、抽采钻孔的瓦斯浓度、抽采钻孔孔口的负压及瓦斯地质基础参数。

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