CN117868996B - 矿用采空区多参数监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了矿用采空区多参数监测系统，参数采集单元、校验判断单元和信息输出单元，本发明涉及矿用采空区参数监测技术领域，解决了没有很好地对采集的参数进行校验处理，导致了后续分析出现误差的技术问题，本发明通过对采集的数据进行分析，通过多处采集的方式来对采集的数据进行分析判断是否存在误差，针对存在误差的情况进一步地分析具体原因，并根据具体原因来进行对应的数据校验工作，通过分析具体原因的影响因子并将其代入到当前数据中计算得到校验后的数据，并根据校验后的数据来进行预警处理，一方面能够提高数据分析过程中的精准度，另一方面能够根据采集到的数据进行合理的预警。

Description

矿用采空区多参数监测系统

技术领域

本发明涉及矿用采空区参数监测技术领域，具体为矿用采空区多参数监测系统。

背景技术

煤矿采空区是指在煤矿作业过程中，将地下煤炭或煤矸石等开采完成后留下的空洞或空腔。

根据申请号为CN202111202609.3的专利显示，该专利监测系统主要包括以下部分，终端监测节点、路由器节点、接收装置、以太网服务器和上位机。终端监测节点沿工作面布置，终端监测节点可监测采空区环境参数。每个一段距离布置路由器节点，路由器节点采集终端节点数据传输给接收装置，井下监测人员通过接收装置获得采空区内部环境参数。接收装置通过WiFi模块将数据同步到以太网服务器，并通过光纤与地面上位机连接并传输数据，监测人员通过得到的采空区内部环境参数，实现对采空区氧化带温度的监测，为制定合理的工作面推进速度、瓦斯抽采设计、预警及应急预案等工作提供数据依据，进一步完善智能矿山建设。

部分现有的监测系统在对矿用采空区参数进行监测的时候，通常都是采用传感器对其进行直接的采集，接着对采集的数据进行分析判断是否需要进行预防处理，但是针对采集的采空区参数，没有对其真实性进行检测，从而会导致了采集的数据存在偏差的情况，进一步地对其进行分析会造成结果误差的情况，导致整体分析不准确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了矿用采空区多参数监测系统，解决了没有很好地对采集的参数进行校验处理，导致了后续分析出现误差的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：矿用采空区多参数监测系统，包括：

参数采集单元，用于获取到目标对象基础数据，并将其传输到校验判断单元，目标对象包括：采空区，基础数据包括：温度、湿度和CO浓度；

校验判断单元，用于获取到传输的目标对象基础数据并对其进行分析，通过比较相同区域不同位置采集的目标对象基础数据来判断是否需要对采集到的基础数据进行校验处理，并生成对应的校验判断结果，其中校验判断结果包括：数据异常信号和数据正常信号，同时将数据异常信号传输到数据校验单元，将数据正常信号传输到数据正常分析单元；

数据正常分析单元，用于获取到传输的数据正常信号并对其进行分析，通过将数据正常信号对应的基础数据与预设值进行比较，并生成对应的比较结果，其中比较结果包括：预警信号和监测信号，接着对监测信号进行分析得到对应的分析信息，同时将分析信息传输到信息输出单元；

数据校验单元，用于获取到传输的数据异常信号并对其进行分析，通过对基础数据进行分析判断出现异常的原因，并生成原因分析结果，其中原因分析结果包括：机器原因和外界影响原因，接着将外界影响原因传输到具体校验分析单元；

具体校验分析单元，用于获取到传输的外界存在影响因素并对其进行分析，通过对基础数据进行单一性分析得到具体影响因素，接着对具体影响因素进行分析得到对应的影响因子，同时根据得到的影响因子得到校验数据，并将校验数据传输到信息输出单元，具体校验分析单元获取到校验数据并对校验数据进行分析得到校验分析结果，并将校验分析结果传输到信息输出单元；

信息输出单元，用于获取到传输的预警信息、分析信息、校验数据、校验分析监测结果，并将其通过显示设备显示给操作人员。

作为本发明的进一步方案：校验判断单元生成校验判断结果的具体方式如下：

J1：获取到目标对象内任意一块区域为待分析区域，接着将该待分析区域进行等面积的划分并将其进行标号处理且记作为标号区域i，且i=1、2、…、n，接着分别对标号区域i内的温度Wi、湿度Si和含氧量Yi进行检测；具体的在本申请的实施例中是以含氧量Yi为例来进行分析的，其他参数的分析方式相同。

J2：获取到不同标号区域i内检测得到的含氧量Yi，并对获取到的所有含氧量Yi进行比较分析，当所有含氧量Yi相同时，则表示基础数据不需要进行校验，并生成数据正常信号，反之当所有含氧量Yi存在差异时，则表示基础数据需要进行分析，并生成数据异常信号。具体地，湿度相同表示的为所检测得到的含氧量数据之间的差值处于一个范围区间[a，b]内，如果含氧量数据存在在这个区间内，则表示为相同，反之则表示为不相同，且范围区间的具体数值由操作人员自行设定。

作为本发明的进一步方案：数据正常分析单元生成分析信息的具体方式如下：

F1：获取到所有的含氧量Yi数据并计算含氧量Yi的平均值记作为含氧量均值Yp，同时将含氧量均值Yp作为待分析区域的含氧量标准，接着湿度均值Yp与预设值Yy进行比较；

F2：当Yp≥Yy时，则表示该待分析区域的含氧量标准超过正常标准，并生成预警信号，同时将其传输到信息输出单元，反之当Yp<Yy时，则表示该待分析区域的含氧量标准未超过正常标准，并生成监测信号；

F3：接着获取到监测信号并对监测信号进行分析，通过获取深度与湿度之间的关系来对待分析区域进行监测分析，并生成对应的分析信息，且具体生成方式如下：

F31：获取到待分析区域的深度记作为SD，接着对待分析区域深度SD进行k份的均分，并获取到k份待分析区域对应的含氧量Yk，同时建立深度与含氧量的直角坐标关系图，并根据直角坐标关系图分析得到深度与含氧量之间的关系；具体的，在实际的工作过程中，伴随着煤矿井深度越深，内部空气中的含氧量会越低，空气压力也会增大。

F32：接着获取到含氧量最低标准对应的深度，并对含氧量最低标准中的CO浓度进行检测并记作为Nb，同时将其与正常CO浓度标准Nz进行比较，当Nb≥Nz时，则表示含氧量最低标准对应的CO浓度超出范围，同时获取到含氧量最低标准对应的深度，并生成危险信号，反之当Nb<Nz时，则表示含氧量最低标准对应的CO浓度未超出范围，并生成正常信号。具体地，针对采空区内部的环境，伴随着采空区的深入，内部CO浓度会越来越大，人体长期吸入会造成中毒的情况，因此通过分析CO浓度危险对应的深度来进行预警。

作为本发明的进一步方案：数据校验单元生成原因分析结果的具体方式如下：

选取目标对象内多个区域并将其记作为待采集区域，接着对待采集区域内的基础数据进行采集，并对采集到的基础数据进行比较分析，当所有待采集区域内采集的基础数据均不相同时，则表示机器出现问题，同时生成机器原因，并将其传输到信息输出单元，当待采集区域内采集的基础数据相差较大时，则表示外界存在影响因素，同时生成外界影响原因。具体地，通过采集不同区域相同基础数据来进行分析比较，以采集的温度为例，采用同一个传感器来采样，判断相同区域内的温度，如果温度存在不同则表示机器在使用的过程中出现问题，而对于数据相差较大的情况，则表示为外界因素造成影响。

作为本发明的进一步方案：具体校验分析单元生成校验数据的具体方式如下：

P1：获取到基础数据并获取到基础数据对应的影响因素，接着对影响因素进行逐个分析，通过控制影响因素的数量来进行变量控制，得到具体影响因素；具体的逐个分析方式为：通过控制基础数据相同影响因素下对应的单一变量得到的数据来进行分析，举例说明，假如温度影响因素与高度、压力和空气流速有关，则在对影响因素进行分析的时候首先选取高度和压力相同情况下，空气流速不同时对应的温度数值，判断采集的温度数值是否相同，如果相同则表示与空气流速无关，如果不相同则表示与空气流速有关，以此类推来逐一进行分析，得到具体影响因素。

P2：获取到具体影响因素，接着对具体影响因素与基础数据之间的关系进行分析，分析的方式为周期性地获取影响因素与基础数据之间的关系，同时计算得到具体影响因素的影响因子，接着将影响因子代入到基础数据中得到校验数据；具体地，采用周期性的方式来对影响因素进行获取，举例说明，分析温度与空气流速的影响因子，获取到温度上升一度分别对应的空气流速大小，然后根据二者之间的关系来计算得到影响因子，接着将影响因子代入到当前检测的基础数据中计算得到校验数据。

作为本发明的进一步方案：具体校验分析单元生成校验结果的具体方式如下：

获取到校验数据并对其进行分析，将校验数据与正常数据进行比较，如果校验数据与正常数据不匹配，则生成对应的不匹配信号，反之如果校验数据与正常数据匹配，则生成对应的匹配信号，同时对匹配信号进行监测，并生成监测结果，同时将监测结果传输到信息输出单元。具体地，通过将校验数据与正常情况下的数据进行比较来对整体的情况进行预警分析，且匹配表示的意思为正常数据存在一个区间值，如果校验数据存在于区间值内时，则表示二者互相匹配，反之则表示不匹配。

有益效果

本发明提供了矿用采空区多参数监测系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

通过多处采集的方式来对采集的数据进行分析判断是否存在误差，针对存在误差的情况进一步地分析具体原因，并根据具体原因来进行对应的数据校验工作，通过分析具体原因的影响因子并将其代入到当前数据中计算得到校验后的数据，并根据校验后的数据来进行预警处理，一方面能够提高数据分析过程中的精准度，另一方面能够根据采集到的数据进行合理的预警。

附图说明

图1为本发明系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一，请参阅图1，本申请提供了矿用采空区多参数监测系统，包括：

参数采集单元，用于获取到目标对象基础数据，并将其传输到校验判断单元，目标对象包括：采空区，基础数据包括：温度、湿度和CO浓度，具体的对基础数据的采集可以通过不同类型的传感器来进行采集。

校验判断单元，用于获取到传输的目标对象基础数据并对其进行分析，通过比较相同区域不同位置采集的目标对象基础数据来判断是否需要对采集到的基础数据进行校验处理，并生成对应的校验判断结果，其中校验判断结果包括：数据异常信号和数据正常信号，同时将数据异常信号传输到数据校验单元，将数据正常信号传输到数据正常分析单元，且生成校验判断结果的具体方式如下：

J1：获取到目标对象内任意一块区域为待分析区域，接着将该待分析区域进行等面积的划分并将其进行标号处理且记作为标号区域i，且i=1、2、…、n，接着分别对标号区域i内的温度Wi、湿度Si和含氧量Yi进行检测；具体的在本申请的实施例中是以含氧量Yi为例来进行分析的，其他参数的分析方式相同。

J2：获取到不同标号区域i内检测得到的含氧量Yi，并对获取到的所有含氧量Yi进行比较分析，当所有含氧量Yi相同时，则表示基础数据不需要进行校验，并生成数据正常信号，反之当所有含氧量Yi存在差异时，则表示基础数据需要进行分析，并生成数据异常信号。具体地，湿度相同表示的为所检测得到的含氧量数据之间的差值处于一个范围区间[a，b]内，如果含氧量数据存在在这个区间内，则表示为相同，反之则表示为不相同，且范围区间的具体数值由操作人员自行设定。

数据正常分析单元，用于获取到传输的数据正常信号并对其进行分析，通过将数据正常信号对应的基础数据与预设值进行比较，并生成对应的比较结果，其中比较结果包括：预警信号和监测信号，接着对监测信号进行分析得到对应的分析信息，同时将分析信息传输到信息输出单元，且生成分析信息的具体方式如下：

F1：获取到所有的含氧量Yi数据并计算含氧量Yi的平均值记作为含氧量均值Yp，同时将含氧量均值Yp作为待分析区域的含氧量标准，接着湿度均值Yp与预设值Yy进行比较；

F2：当Yp≥Yy时，则表示该待分析区域的含氧量标准超过正常标准，并生成预警信号，同时将其传输到信息输出单元，反之当Yp<Yy时，则表示该待分析区域的含氧量标准未超过正常标准，并生成监测信号；

F3：接着获取到监测信号并对监测信号进行分析，通过获取深度与湿度之间的关系来对待分析区域进行监测分析，并生成对应的分析信息，且生成分析信息的具体方式如下：

F31：获取到待分析区域的深度记作为SD，接着对待分析区域深度SD进行k份的均分，并获取到k份待分析区域对应的含氧量Yk，同时建立深度与含氧量的直角坐标关系图，并根据直角坐标关系图分析得到深度与含氧量之间的关系；具体的，在实际的工作过程中，伴随着煤矿井深度越深，内部空气中的含氧量会越低，空气压力也会增大。

F32：接着获取到含氧量最低标准对应的深度，并对含氧量最低标准中的CO浓度进行检测并记作为Nb，同时将其与正常CO浓度标准Nz进行比较，当Nb≥Nz时，则表示含氧量最低标准对应的CO浓度超出范围，同时获取到含氧量最低标准对应的深度，并生成危险信号，反之当Nb<Nz时，则表示含氧量最低标准对应的CO浓度未超出范围，并生成正常信号。具体地，针对采空区内部的环境，伴随着采空区的深入，内部CO浓度会越来越大，人体长期吸入会造成中毒的情况，因此通过分析CO浓度危险对应的深度来进行预警。

信息输出单元，用于获取到传输的预警信息和分析信息并将其通过显示设备显示给操作人员。

实施例二，作为本发明的实施例二，与实施例一的区别之处在于，数据校验单元，用于获取到传输的数据异常信号并对其进行分析。

数据校验单元，用于获取到传输的数据异常信号并对其进行分析，通过对基础数据进行分析判断出现异常的原因，并生成原因分析结果，其中原因分析结果包括：机器原因和外界影响原因，接着将外界影响原因传输到具体校验分析单元，且生成原因分析结果的具体方式如下：

选取目标对象内多个区域并将其记作为待采集区域，接着对待采集区域内的基础数据进行采集，并对采集到的基础数据进行比较分析，当所有待采集区域内采集的基础数据均不相同时，则表示机器出现问题，同时生成机器原因，并将其传输到信息输出单元，当待采集区域内采集的基础数据相差较大时，则表示外界存在影响因素，同时生成外界影响原因。具体地，通过采集不同区域相同基础数据来进行分析比较，以采集的温度为例，采用同一个传感器来采样，判断相同区域内的温度，如果温度存在不同则表示机器在使用的过程中出现问题，而对于数据相差较大的情况，则表示为外界因素造成影响。

具体校验分析单元，用于获取到传输的外界存在影响因素并对其进行分析，通过对基础数据进行单一性分析得到具体影响因素，接着对具体影响因素进行分析得到对应的影响因子，同时根据得到的影响因子得到校验数据，并将校验数据传输到信息输出单元，且生成校验数据的具体方式如下：

P1：获取到基础数据并获取到基础数据对应的影响因素，接着对影响因素进行逐个分析，通过控制影响因素的数量来进行变量控制，得到具体影响因素；具体的逐个分析方式为：通过控制基础数据相同影响因素下对应的单一变量得到的数据来进行分析，举例说明，假如温度影响因素与高度、压力和空气流速有关，则在对影响因素进行分析的时候首先选取高度和压力相同情况下，空气流速不同时对应的温度数值，判断采集的温度数值是否相同，如果相同则表示与空气流速无关，如果不相同则表示与空气流速有关，以此类推来逐一进行分析，得到具体影响因素。

P2：获取到具体影响因素，接着对具体影响因素与基础数据之间的关系进行分析，分析的方式为周期性地获取影响因素与基础数据之间的关系，同时计算得到具体影响因素的影响因子，接着将影响因子代入到基础数据中得到校验数据；具体地，采用周期性的方式来对影响因素进行获取，举例说明，分析温度与空气流速的影响因子，获取到温度上升一度分别对应的空气流速大小，然后根据二者之间的关系来计算得到影响因子，接着将影响因子代入到当前检测的基础数据中计算得到校验数据。

信息输出单元，用于获取到传输的校验数据并将其通过显示设备显示给操作人员。

实施例三，作为本发明的实施例三，与实施例一和实施例二的区别之处在于，具体校验分析单元获取到校验数据并对校验数据进行分析得到校验分析结果，且校验分析结果包括：不匹配信号和监测结果，并将校验分析结果传输到信息输出单元，且生成校验分析结果的具体方式如下：

获取到校验数据并对其进行分析，将校验数据与正常数据进行比较，如果校验数据与正常数据不匹配，则生成对应的不匹配信号，反之如果校验数据与正常数据匹配，则生成对应的匹配信号，同时对匹配信号进行监测，并生成监测结果，同时将监测结果传输到信息输出单元。具体地，通过将校验数据与正常情况下的数据进行比较来对整体的情况进行预警分析，且匹配表示的意思为正常数据存在一个区间值，如果校验数据存在于区间值内时，则表示二者互相匹配，反之则表示不匹配。

信息输出单元，用于获取到传输的分析结果，并将其通过显示设备显示给操作人员。

实施例四，作为本发明的实施例四，重点在于将实施例一、实施例二和实施例三的实施过程结合实施。

上述公式中的部分数据均是去其纲量进行数值计算，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，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法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (6)

1.矿用采空区多参数监测系统，其特征在于，包括：

参数采集单元，用于获取到目标对象基础数据，并将其传输到校验判断单元，目标对象包括：采空区，基础数据包括：温度、湿度和CO浓度；

校验判断单元，用于获取到传输的目标对象基础数据并对其进行分析，通过比较相同区域不同位置采集的目标对象基础数据来判断是否需要对采集到的基础数据进行校验处理，并生成对应的校验判断结果，其中校验判断结果包括：数据异常信号和数据正常信号，同时将数据异常信号传输到数据校验单元，将数据正常信号传输到数据正常分析单元；

数据正常分析单元，用于获取到传输的数据正常信号并对其进行分析，通过将数据正常信号对应的基础数据与预设值进行比较，并生成对应的比较结果，其中比较结果包括：预警信号和监测信号，接着对监测信号进行分析得到对应的分析信息，同时将分析信息传输到信息输出单元，生成分析信息的具体方式如下：

F1：获取到所有的含氧量Yi数据并计算含氧量Yi的平均值记作为含氧量均值Yp，同时将含氧量均值Yp作为待分析区域的含氧量标准，接着含氧量均值Yp与预设值Yy进行比较；

F2：当Yp≥Yy时，则表示该待分析区域的含氧量标准超过正常标准，并生成预警信号，同时将其传输到信息输出单元，反之当Yp<Yy时，则表示该待分析区域的含氧量标准未超过正常标准，并生成监测信号；

F3：接着获取到监测信号并对监测信号进行分析，通过获取深度与湿度之间的关系来对待分析区域进行监测分析，并生成对应的分析信息，同时对分析信息进行具体处理的方式为：

F31：获取到待分析区域的深度记作为SD，接着对待分析区域深度SD进行k份的均分，并获取到k份待分析区域对应的含氧量Yk，同时建立深度与含氧量的直角坐标关系图，并根据直角坐标关系图分析得到深度与含氧量之间的关系；

F32：接着获取到含氧量最低标准对应的深度，并对含氧量最低标准中的CO浓度进行检测并记作为Nb，同时将其与正常CO浓度标准Nz进行比较，当Nb≥Nz时，则表示含氧量最低标准对应的CO浓度超出范围，同时获取到含氧量最低标准对应的深度，并生成危险信号，反之当Nb<Nz时，则表示含氧量最低标准对应的CO浓度未超出范围，并生成正常信号；

数据校验单元，用于获取到传输的数据异常信号并对其进行分析，通过对基础数据进行分析判断出现异常的原因，并生成原因分析结果，其中原因分析结果包括：机器原因和外界影响原因，接着将外界影响原因传输到具体校验分析单元；

具体校验分析单元，用于获取到传输的外界存在影响因素并对其进行分析，通过对基础数据进行单一性分析得到具体影响因素，接着对具体影响因素进行分析得到对应的影响因子，同时根据得到的影响因子得到校验数据，并将校验数据传输到信息输出单元，具体校验分析单元获取到校验数据并对校验数据进行分析得到校验分析结果，并将校验分析结果传输到信息输出单元。

2.根据权利要求1所述的矿用采空区多参数监测系统，其特征在于，所述校验判断单元生成校验判断结果的具体方式如下：

J1：获取到目标对象内任意一块区域为待分析区域，接着将该待分析区域进行等面积的划分并将其进行标号处理且记作为标号区域i，且i=1、2、…、n，接着分别对标号区域i内的温度Wi、湿度Si和含氧量Yi进行检测；

J2：获取到不同标号区域i内检测得到的含氧量Yi，并对获取到的所有含氧量Yi进行比较分析，当所有含氧量Yi相同时，则表示基础数据不需要进行校验，并生成数据正常信号，反之当所有含氧量Yi存在差异时，则表示基础数据需要进行分析，并生成数据异常信号。

3.根据权利要求1所述的矿用采空区多参数监测系统，其特征在于，所述数据校验单元生成原因分析结果的具体方式如下：

选取目标对象内多个区域并将其记作为待采集区域，接着对待采集区域内的基础数据进行采集，并对采集到的基础数据进行比较分析，当所有待采集区域内采集的基础数据均不相同时，则表示机器出现问题，同时生成机器原因，并将其传输到信息输出单元，当待采集区域内采集的基础数据相差较大时，则表示外界存在影响因素，同时生成外界影响原因。

4.根据权利要求1所述的矿用采空区多参数监测系统，其特征在于，所述具体校验分析单元生成校验数据的具体方式如下：

P1：获取到基础数据并获取到基础数据对应的影响因素，接着对影响因素进行逐个分析，通过控制影响因素的数量来进行变量控制，得到具体影响因素；

P2：获取到具体影响因素，接着对具体影响因素与基础数据之间的关系进行分析，分析的方式为周期性地获取影响因素与基础数据之间的关系，同时计算得到具体影响因素的影响因子，接着将影响因子代入到基础数据中得到校验数据。

5.根据权利要求1所述的矿用采空区多参数监测系统，其特征在于，所述具体校验分析单元生成校验结果的具体方式如下：

获取到校验数据并对其进行分析，将校验数据与正常数据进行比较，如果校验数据与正常数据不匹配，则生成对应的不匹配信号，反之如果校验数据与正常数据匹配，则生成对应的匹配信号，同时对匹配信号进行监测，并生成监测结果，同时将监测结果传输到信息输出单元。

6.根据权利要求1所述的矿用采空区多参数监测系统，其特征在于，所述信息输出单元，用于获取到传输的预警信息、分析信息、校验数据、校验分析监测结果，并将其通过显示设备显示给操作人员。