CN113962837A - 一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿山岩土工业安全技术领域，具体地说就是一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，包括监测传感器系统、应急联动处置模块、双向反馈应急调度显示端和矿山岩土三维大数据平台，本发明还提供一种矿山岩土工程监测评价应急反馈方法，包括以下步骤：a.在信息输入模块输入井下各施工地点的安全事故应急预案和井下三维地理信息图，b.使用监测传感器系统对矿山井下的各设备进行维护；c.使用监测传感器系统对矿山井下的各类数据进行实时监控采集；d.发生事故时，监测传感器系统发出报警，应急联动处置模块自动根据事故发生地点、事故类型和等级对事件启动相应的应急预案，本系统实现了真正意义上的应急联动处置，降低事故的发生率及事故等级。
Description
技术领域
本发明涉及矿山岩土工业安全技术领域，具体地说就是一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统及方法。
背景技术
由于我国矿山地质的复杂性，加上机械化开采程度不够等因素的影响，矿山安全一直是一个敏感的话题，尽管国家一直对矿山安全表示高度重视，但是矿山事故却一直频发不止。而造成这一局面的原因，一方面是因为我国矿山地质的复杂性，另一方面则是由于矿山安全监测设备的技术的落后性，其安全监测系统尚不完善，许多都只是一种摆设，并不能真正发挥作用。
近年来，随着大数据、云计算、物联网等一系列信息技术的发展，矿山岩土工业工程用监测预警系统也得到了普遍应用，大数据在岩土矿山风险预测预警方面的应用，最基本的功能就是从海量的风险监测数据中寻找岩土矿山运行的规律、预测未来发展趋势，从而针对性的进行维护、改善，预防岩土矿山事故的发生。传统的安全生产“事后管理”是较为落后的安全管理模式，需要改变为“事后管理+事前预防”的方式，创新安全监管监察方法和手段。因此需要一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统及方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，其特征在于：包括监测传感器系统、应急联动处置模块、双向反馈应急调度显示端和矿山岩土三维大数据平台；
监测传感器系统，包含地表地压/矿压/围岩监测系统、地表岩移沉降监测系统、边坡监测系统、气象监测系统、安全隐患识别监控系统、机电设备状态监测系统、自然发火监测系统、有毒有害气体监测监控系统、应力在线监测系统、微震监测系统、主要通风机运行状态监测系统、地下水动态监测系统、突水监测预警系统和视频多媒体广播监控系统；
双向反馈应急调度显示端，是信号中继、各传感器信息显示、异常数据声光报警、避灾路线指示和危险评估展示于一体的显示端；
矿山岩土三维大数据平台，是三维地质建模、集成监测传感器位置和数据显示的分析平台，并包括自动分析报表、预测预警、区域限员、违章作业识别和融入应急救援预案等。
电信模块，用于使用2G/3G/4G/5G/光纤/环网/电话线通讯网络进行通讯。
作为优化，所述的监测传感器系统包括定位系统、双向通讯系统、地面端远传改号系统、传感器自存储和数据断点续传系统、无线通讯系统、大数据自存储系统、传感器间交互系统和无线充电电池仓。
监测传感器系统的各组成部分均具备设备精准定位功能，能够自动上图至大数据平台，并可以融合精准定位系统，根据现场生产进度自动更新；均具备双向通讯功能，实现地面端远传更改机号、设定预警值、校准等功能；均具备传感器自存储和数据断点续传功能；均具备无线通讯功能；均具备独立无线充电电池仓，实现无线充电，延长使用年限；均具备系统分站进行大数据自存储功能；均具备数据异常传感器向邻近传感器发送预警报警指令联动处置功能；均可借助现场原有2G/3G/4G/5G/光纤/环网/电话线通讯网络，实现数据融合与上传；各传感器间均具备信息交互的能力，能够组建矿山岩土工程监测感知神经元网络。
作为优化，所述的地表地压/矿压/围岩监测系统，包括支架/单体压力及下缩量监测仪、锚索预紧施工监测仪、锚索工作阻力监测仪、顶板位移监测仪、巷道变形收敛监测仪、进尺智能记录仪、钻孔应力监测仪、锚索支护质量无损监测仪、注浆压力监测仪、注浆量监测仪和声光预警全息显示仪。所述地压/矿压/围岩监测系统包括的各组成部分均具备远传改号及通讯反馈功能，与声光报警系统和传感器自存储和数据断点续传模块连接，均具备壳体无线充电仓。
作为优化，所述的锚索工作阻力监测仪、顶板位移监测仪和巷道变形收敛监测仪包括高位引低无线充电结构，高位引低无线充电结构引出无线充电仓至巷道帮部位置，用于无线充电。具体原理为：将需要置于高处或远处难以触及的监测传感器，使用高位引低无线充电功能，自传感器引出无线充电仓至巷道帮部等人为容易接触的位置进行无线充电。
上述的顶板位移监测仪，具备机械与电子部分分离可互换及重复使用功能；具备2-10点同时一台设备测量离层或位移数据的功能。
上述的：
远传改号及通讯反馈功能，能够对地面控制软件与各设备间进行收发通讯，通过地面控制软件，远程对设备进行维护修改，修改内容包括但不限于时间统一设定、修改机号、预警值设定和双向数据传输的断点续传。
机械与电子部分分离可互换及重复使用功能，顶板离层仪的机械仓和电子仓，均具备IP68防水等级，电子仓与机械仓可分离，便于电子仓故障后进行更换维护和电子仓重复使用，当替换新电子仓时，本功能能够使新电子仓自动记忆旧电子仓数据，或通过人工设定的方式，实现井下更换新电子仓，而不产生数据的波动。
高位引低无线充电功能：对于顶板位移、锚(杆)索工作阻力等较高处监测，电池更换工作更为困难，该套矿压监测设备具备将顶板电子部分引出至围岩帮部的无线充电仓，方便现场充电维护。
作为优化，应急联动处置模块，包含避灾路线指示系统、声光报警系统、应急广播系统、调度通信系统、精准定位系统、视频监控系统和地面应急救援系统
本发明还提供一种矿山岩土工程监测评价应急反馈方法，包括上述矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，包括以下步骤：
a.在信息输入模块输入井下各施工地点的安全事故应急预案和井下三维地理信息图；
b.使用监测传感器系统对矿山井下的各设备进行维护；
c.使用监测传感器系统对矿山井下的各类数据进行实时监控采集，将井下所有的监测设备、系统显示在三维地理信息图上，监测井下设备运行状况及一些灾害指标是否超过阈值，如果超过阈值则启动应急联动处置模块；
d.发生事故时，监测传感器系统发出报警，应急联动处置模块自动根据事故发生地点、事故类型和事故等级对事件启动相应的应急预案，包括使用广播系统发出应急广播和使用避灾路线指示系统指导人员进行避灾。
作为优化，所述的步骤a中根据井下采掘工作面生产情况实时更新，将井下矿压监测系统、自然发火监测系统、有毒有害气体监测监控系统、应力在线监测系统、微震监测系统、主要通风机运行状态监测系统、地下水动态监测系统和突水监测预警系统，以及避灾路线指示系统、声光报警系统、应急广播系统、调度通信系统、精准定位系统和视频监控系统实时显示在三维地理信息图中，使井下各系统运行情况及监测情况更直观地显示出来。
作为优化，当某地点发生安全事故或某监测监控系统发生预警时，步骤c或d中应急联动处置模块根据发生地点、事故类型及影响范围，并结合应急预案和精准定位系统进行自动分析处理，并使各系统做出反应。
作为优化，所述监测传感器系统和应急联动处置模块中的各子系统，均独立带有精准定位系统中的精准定位模块，实现各系统的唯一化信息标识的快速上图，并实现各系统之间联动和精准的反馈。
本方案的有益效果是：本系统能够实现灾害预警和安全事故紧急处置，大大保证了人员的安全。本系统的各监测监控系统并不是互相独立的，而是将其统一集成在一个系统中，根据需要对井下进行全方位的监测监控，实现井下监控无死角，并且根据事故性质和严重程度与地面119、120等救援系统联动。同时，当某一地点发生安全事故或某监测监控系统发生预警时，该地点所有的应急联动处置模块均联动做出响应，同时作用且互为补充。
井下所有系统将根据受灾情况、人员变动及事故范围扩大等情况进行相应启动，并与井上相应的反应机制进行对接，实现了真正意义上的应急联动处置，尽量降低事故的发生率及事故等级。
附图说明
附图1为本发明的系统结构示意图。
附图2为本发明地压/矿压/围岩监测系统的系统组成结构示意图。
具体实施方式
实施例：
一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，包括监测传感器系统、应急联动处置模块、双向反馈应急调度显示端和矿山岩土三维大数据平台。
监测传感器系统，包含地表气象监测系统、地表岩移沉降监测系统、边坡监测系统、视频多媒体广播监控系统、安全隐患识别监控系统、机电设备状态监测系统、地压/矿压/围岩监测系统、自然发火监测系统、有毒有害气体监测监控系统、应力在线监测系统、微震监测系统、主要通风机运行状态监测系统、地下水动态监测系统、突水监测预警系统和视频多媒体广播监控系统，监测传感器系统的输入端与信息输入模块连接。
监测传感器系统的各组成部分均具备设备精准定位功能，能够自动上图至大数据平台，并可以融合精准定位系统，根据现场生产进度自动更新；均具备双向通讯功能，实现地面端远传更改机号、设定预警值、校准等功能；均具备传感器自存储和数据断点续传功能；均具备无线通讯功能；均具备独立无线充电电池仓，实现无线充电，延长使用年限；均具备系统分站进行大数据自存储功能；均具备数据异常传感器向邻近传感器发送预警报警指令联动处置功能；均可借助现场原有2G/3G/4G/5G/光纤/环网/电话线通讯网络，实现数据融合与上传；各传感器间均具备信息交互的能力，能够组建矿山岩土工程监测感知神经元网络。
还包括信息输入模块，用于输入井下各施工地点的安全事故应急预案和井下三维地理信息图等资料。
应急联动处置模块，包含避灾路线指示系统、声光报警系统、应急广播系统、调度通信系统、精准定位系统、视频监控系统和地面应急救援系统，应急联动处置模块的输入端与监测传感器系统输出端连接。
所述的地表地压/矿压/围岩监测系统，包括支架/单体压力及下缩量监测仪、锚索预紧施工监测仪、锚索工作阻力监测仪、顶板位移监测仪、巷道变形收敛监测仪、进尺智能记录仪、钻孔应力监测仪、锚索支护质量无损监测仪、注浆压力监测仪、注浆量监测仪和声光预警全息显示仪。
所述的显示仪表模块包括信号中继模块、预警声光报警模块和传感器信息显示模块。
所述的锚索工作阻力监测仪、顶板位移监测仪和巷道变形收敛监测仪包括高位引低无线充电结构，高位引低无线充电结构引出无线充电仓至巷道帮部位置，用于无线充电。
一种矿山岩土工程监测评价应急反馈方法，包括上述矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，包括以下步骤：
a.在信息输入模块输入井下各施工地点的安全事故应急预案和井下三维地理信息图，
b.使用监测传感器系统对矿山井下的各设备进行维护；
c.使用监测传感器系统对矿山井下的各类数据进行实时监控采集，将井下所有的监测设备、系统显示在三维地理信息图上，监测井下设备运行状况及一些灾害指标是否超过阈值，如果超过阈值则启动应急联动处置模块；
d.发生事故时，监测传感器系统发出报警，应急联动处置模块自动根据事故发生地点、事故类型和事故等级对事件启动相应的应急预案，包括使用广播系统发出应急广播和使用避灾路线指示系统指导人员进行避灾。
所述的步骤a中根据井下采掘工作面生产情况实时更新，将井下矿压监测系统、自然发火监测系统、有毒有害气体监测监控系统、应力在线监测系统、微震监测系统、主要通风机运行状态监测系统、地下水动态监测系统和突水监测预警系统，以及避灾路线指示系统、声光报警系统、应急广播系统、调度通信系统、精准定位系统和视频监控系统实时显示在三维地理信息图中，使井下各系统运行情况及监测情况更直观地显示出来。
步骤c中监测传感器系统的：
地压/矿压/围岩监测系统，监测工作面综采支架工作阻力、巷道或工作面顶板及围岩离层位移、巷道顶板及两帮锚杆(索)支护应力、煤体或岩层内部应力变化、巷道或工作面顶底板间移近量及移近速度，依据监测数据掌握顶板及围岩运动规律，预防顶板事故的发生，同时作为采场冲击地压初期预测和趋势分析的依据；
自然发火监测系统，对采空区、密闭区及巷道高冒区等危险地点的CH4、CO2、CO、O2和温度进行监测，通过分析气体浓度及温度变化情况判断煤层是否达到自燃条件，进行煤自燃实时监测、预报，并在煤层自燃之前予以报警；
有毒有害气体监测监控系统，对井下气体进行监测，包括但不限于CH4、CO2、CO、O2、SO2、H2S、NO2、NH3和H2；
应力在线监测系统，对煤矿井下煤层或者岩层内部应力变化进行监测，确定煤岩体中支承压力大小，根据监测数据整理、绘制煤岩体内部应力变化曲线，预测煤岩体内支承压力变化规律，分析预测采场冲击地压未来趋势；
微震监测系统，实时采集煤岩体在变形或断裂过程中的微震信号，在三维空间中实时地确定微震事件发生的空间位置和能量，实时动态分析煤岩体的活动范围、破裂规律及其稳定性，以此为依据为矿山安全做出评价；
主要通风机运行状态监测系统，采集通风机工作的参数的信号，包括但不限于电压、电流、温度、震动和功率，并对通风机出风口的风量、风压及其湿度进行实时监测，通过对信号进行分析、处理，最终确定通风机的运行状态和电机自身的运行特征，预警通风机和电机存在的各类故障；
地下水动态监测系统和突水监测预警系统，对井田范围内主要充水含水层进行长期动态观测，包括但不限于水位、水温、水质和水压，对矿井涌水量进行动态监测，为矿井水害预测预报提供数据支撑。
当某地点发生安全事故或某监测监控系统发生预警时，步骤c或d中应急联动处置模块根据发生地点、事故类型及影响范围，并结合应急预案和精准定位系统进行自动分析处理，并使各系统作出反应，包括：
避灾路线指示系统，用于发生安全事故或发生预警时指示人员按照预定路线快速撤离的系统，把分析结果反馈给相应影响范围内的人员，快速出具准确的避灾路线供人员撤离；
声光报警系统，用于发生安全事故或发生预警时发出声光报警信息，在事故影响范围内发出声光报警信号，提醒事故影响范围内的人员及时撤离；
应急广播系统，用于发生安全事故或发生预警时发出应急广播播报，在事故影响范围内发出应急广播播报，提醒事故影响范围内的人员及时撤离；同时，根据精准定位系统提供的人员信息，及时对撤离路线错误的人员给予提醒，对撤离不及时或无法撤离的人员给予自救指导；
调度通信系统，用于发生安全事故或发生预警时给予调度通信指挥，对事故影响范围内的人员进行通话指挥及时撤离；同时，利用精准定位系统的通信功能，及时对撤离路线错误的人员给予提醒，对撤离不及时或无法撤离的人员给予自救指导；
精准定位系统，包括人员、设备及车辆等的精准定位，通过对人员、设备及车辆实时动态精准定位，对现场受灾人员、险情排除人员进行定位或对监测设备和可移动设备进行定位，对事故影响范围内的人员进行实时动态跟踪定位，进行通信或视频对话，告知受灾人员及时撤离、在人员靠近受灾地点时发出预警提示距离、询问受灾情况或给予自救指导；
视频监控系统，用于采集险情的现场的图像信息、影像信息，为启动应急预案、查看受灾情况或采取施救措施等提供险情现场情况依据。
步骤c中监测传感器系统的：
远传改号及通讯反馈系统，具备地面控制软件与各设备间的收发通讯功能，通过地面控制软件，远程对设备进行维护修改，修改内容包括但不限于时间统一设定、修改机号、预警值设定和双向数据传输的断点续传。
机械与电子部分分离可互换及重复使用系统，其包括的顶板离层仪的机械仓和电子仓，均具备IP68防水等级，电子仓与机械仓可分离，便于电子仓故障后进行更换维护和电子仓重复使用，当替换新电子仓时，新电子仓能够自动记忆旧电子仓数据，或通过人工设定的方式，实现井下更换新电子仓，而不产生数据的波动。
高位引低无线充电系统，地压/矿压/围岩监测系统包括的各监测仪表的无线充电仓，进行现场充电维护。
本系统的各监测监控系统并不是互相独立的，而是将其统一集成在一个系统中，根据需要对井下进行全方位的监测监控，实现井下监控无死角，并且根据事故性质和严重程度与地面119、120等救援系统联动。同时，当某一地点发生安全事故或某监测监控系统发生预警时，该地点所有的应急联动处置模块均联动做出响应，同时作用且互为补充。
井下所有系统将根据受灾情况、人员变动及事故范围扩大等情况进行相应启动，并与井上相应的反应机制进行对接，实现了真正意义上的应急联动处置，尽量降低事故的发生率及事故等级。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书的一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统及方法且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (9)
1.一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，其特征在于：包括监测传感器系统、应急联动处置模块、双向反馈应急调度显示端和矿山岩土三维大数据平台；
监测传感器系统，包含地表地压/矿压/围岩监测系统、地表岩移沉降监测系统、边坡监测系统、气象监测系统、安全隐患识别监控系统、机电设备状态监测系统、自然发火监测系统、有毒有害气体监测监控系统、应力在线监测系统、微震监测系统、主要通风机运行状态监测系统、地下水动态监测系统、突水监测预警系统和视频多媒体广播监控系统；
双向反馈应急调度显示端，是信号中继、各传感器信息显示、异常数据声光报警、避灾路线指示和危险评估展示于一体的显示端；
矿山岩土三维大数据平台，是三维地质建模、集成监测传感器位置和数据显示的分析平台；
电信模块，用于使用2G/3G/4G/5G/光纤/环网/电话线通讯网络进行通讯。
2.根据权利要求1所述的一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，其特征在于：所述的监测传感器系统包括定位系统、双向通讯系统、地面端远传改号系统、传感器自存储和数据断点续传系统、无线通讯系统、大数据自存储系统、传感器间交互系统和无线充电电池仓。
3.根据权利要求1所述的一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，其特征在于：所述的地表地压/矿压/围岩监测系统，包括支架/单体压力及下缩量监测仪、锚索预紧施工监测仪、锚索工作阻力监测仪、顶板位移监测仪、巷道变形收敛监测仪、进尺智能记录仪、钻孔应力监测仪、锚索支护质量无损监测仪、注浆压力监测仪、注浆量监测仪和声光预警全息显示仪。
4.根据权利要求3所述的一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，其特征在于：所述的锚索工作阻力监测仪、顶板位移监测仪和巷道变形收敛监测仪包括高位引低无线充电结构，高位引低无线充电结构引出无线充电仓至巷道帮部位置，用于无线充电。
5.根据权利要求1所述的一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，其特征在于：所述的应急联动处置模块，包含避灾路线指示系统、声光报警系统、应急广播系统、调度通信系统、精准定位系统、视频监控系统和地面应急救援系统。
6.一种矿山岩土工程监测评价应急反馈方法，包括权利要求1或2所述的任意一种矿山岩土工程监测评价应急反馈系统，其特征在于：包括以下步骤：
a.在信息输入模块输入井下各施工地点的安全事故应急预案和井下三维地理信息图；
b.使用监测传感器系统对矿山井下的各设备进行维护；
c.使用监测传感器系统对矿山井下的各类数据进行实时监控采集，将井下所有的监测设备、系统显示在三维地理信息图上，监测井下设备运行状况及一些灾害指标是否超过阈值，如果超过阈值则启动应急联动处置模块；
d.发生事故时，监测传感器系统发出报警，应急联动处置模块自动根据事故发生地点、事故类型和事故等级对事件启动相应的应急预案，包括使用广播系统发出应急广播和使用避灾路线指示系统指导人员进行避灾。
7.根据权利要求6所述的一种矿山岩土工程监测评价应急反馈方法，其特征在于：所述的步骤a中根据井下采掘工作面生产情况实时更新，将井下矿压监测系统、自然发火监测系统、有毒有害气体监测监控系统、应力在线监测系统、微震监测系统、主要通风机运行状态监测系统、地下水动态监测系统和突水监测预警系统，以及避灾路线指示系统、声光报警系统、应急广播系统、调度通信系统、精准定位系统和视频监控系统实时显示在三维地理信息图中，使井下各系统运行情况及监测情况更直观地显示出来。
8.根据权利要求6所述的一种矿山岩土工程监测评价应急反馈方法，其特征在于：当某地点发生安全事故或某监测监控系统发生预警时，步骤c或d中应急联动处置模块根据发生地点、事故类型及影响范围，并结合应急预案和精准定位系统进行自动分析处理，并使各系统做出反应。
9.根据权利要求6所述的一种矿山岩土工程监测评价应急反馈方法，其特征在于：所述监测传感器系统和应急联动处置模块中的各子系统，均独立带有精准定位系统中的精准定位模块，实现各系统的唯一化信息标识的快速上图，并实现各系统之间联动和精准的反馈。
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