CN118134262B - 一种基于大数据的煤矿安全监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种基于大数据的煤矿安全监测系统，包括：采集层、构建层及分析层；露天煤矿的矿层上层岩面结构参数通过采集层采集，采集到的岩面结构参数实时向构建层反馈，构建层接收岩面结构参数，基于岩面结构参数构建岩面立体模型，同步识别岩面立体模型上岩面复杂程度，基于岩面立体模型复杂程度决策确定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度并向采集层反馈，本发明通过对露天煤矿矿层上层岩面的结构参数采集，来构建岩面立体模型，并以岩面立体模型安全风险分析，对露天煤矿开采过程中存在的安全风险进行识别，同步基于安全风险分析结果，进一步规划露天煤矿开采路径，有效提升了露天煤矿开采作业过程的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种基于大数据的煤矿安全监测系统。
背景技术
煤矿开采是指从煤矿矿床中获取煤炭资源的过程，露天煤矿则是指由于地理变化沉积在地表或浅层的煤炭层，通过直接露天采掘煤矿。
露天煤矿开采时，需要确定开采区域和开采顺序，去除煤层上方的覆盖物，再使用大型采掘设备进行煤炭开采；
申请号为201910854208.2的发明专利中公开了一种基于大数据的煤矿安全风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，采用层次分析法，对煤矿企业的管理层、技术层、班组层三个评价组的评估权利进行权重确定；S2，采用层次分析法，对多个风险因素评价指标的重要性进行权重确定；S3，由所述三个评价组分别对各个风险因素评价指标利用CESK法进行风险评估，得到初始风险数据；S4，由联合大数据的AHP-CESK风险评估系统，根据所述三个评价组的权重、所述多个风险因素评价指标的权重、所述三个评价组得到的初始风险数据进行分析，得出风险评估结果与处置建议。
该申请在于解决：“如今煤矿常用的传统的模糊理论、灰色理论等在风险评估的系统评价中虽有很好的收获，可是对于日常或较频繁煤矿风险自身评估而言，程序过于复杂，其他评估方法如LEC评价法使用简单，但其作为一种半定量方法，科学性不足，不够准确有效。”的问题。
然而，针对于露天煤矿而言，其主要开采安全风险来源于煤矿上层岩面的稳定性，在煤矿开采过程中，煤矿层上层岩面因失去下层煤矿的支撑，容易发生坍塌的情况，这会直接导致煤矿开采设备及周边工作人员被落石砸伤，现有的煤矿开采风险评估往往注意力集中于煤矿的整体开采安全风险，且并未对煤矿开采过程做出实时监控，从而导致煤矿开采过程仍伴随有一定的安全风险。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于大数据的煤矿安全监测系统，解决了上述背景技术中提出的技术问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于大数据的煤矿安全监测系统，包括：采集层、构建层及分析层；
露天煤矿的矿层上层岩面结构参数通过采集层采集，采集到的岩面结构参数实时向构建层反馈，构建层接收岩面结构参数，基于岩面结构参数构建岩面立体模型，同步识别岩面立体模型上岩面复杂程度，基于岩面立体模型复杂程度决策确定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度并向采集层反馈，采集层基于构建层确定的下一矿层上层岩面结构参数采集跨度，再次采集矿层上层岩面结构参数，并再次向构建层反馈，由构建层再次执行岩面立体模型的构建操作，直至所有矿层上层岩面结构参数对应岩面立体模型均被构建后，向分析层传输，分析层基于完整的岩面立体模型分析矿层开采位置的开采安全风险；
构建层包括构建模块、识别模块及决策模块，构建模块用于接收采集层中采集的岩面结构参数，基于岩面结构参数构建岩面立体模型，识别模块用于接收构建模块中构建的岩面立体模型，识别岩面立体模型上岩面复杂程度，决策模块用于获取识别模块中识别到的岩面立体模型上岩面复杂程度，基于岩面复杂程度决策确定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度；
所述岩面立体模型上岩面复杂程度计算公式为：
；
式中：为岩面立体模型上岩面复杂程度；为岩面图像第q个灰度级的概率；表示对所有灰度级进行求和；为岩面立体模型的岩面上所有凸起、凹陷棱角的集合；为第v组棱角的高；为第v组棱角基于各棱边确定的棱角占地面积；为第v+1组棱角的高；为第v+1组棱角基于各棱边确定的棱角占地面积；
其中，岩面立体模型上第v组棱角与第v+1组棱角为两组相邻且距离最近的棱角，上式中应用的岩面图像为岩面立体模型对应区域的图像。
更进一步地，所述采集层包括设计模块、测距模块及传输模块，设计模块用于设定测距模块测距路径，测距模块用于测量测距端到矿层上层岩面的距离，传输模块用于接收测距模块测量的测距端到矿层上层岩面的距离，将测距端到矿层上层岩面的距离向构建层反馈；
其中，设计模块中设定的测距模块测距路径由系统端用户手动设定，测距模块由履式机器人、升降平台、弓字形电动滑轨及若干组测距传感器所集成，履式机器人携带升降平台于测距路径上移动，由升降平台承托弓字形电动滑轨到达矿层上层岩面顶部相对的位置，弓字形电动滑轨控制测距传感器沿轨道移动，沿轨道移动过程中，各组测距传感器执行测距任务，测距模块首次执行测量测距端到矿层上层岩面的距离的操作时，测距模块于测距路径上的位置由系统端用户手动设定。
更进一步地，所述设计模块中设定的测距模块测距路径为圆形、弧形或直线路径，且服从：
；
式中：为判定值；为测距路径上点的总量；为第i组测距路径上点到矿层下层与矿层相接面边缘轮廓上最近点的距离；为第i+x组测距路径上点到矿层下层与矿层相接面边缘轮廓上最近点的距离；为正整数；
其中，上式成立，表示设计模块中设计的测距模块测距路径可用，反之，设计模块刷新运行重新设定测距模块测距路径，≤。
更进一步地，所述构建模块接收岩面结构参数时，以传输模块作为接收目标，岩面结构参数即测距模块测量的测距端到矿层上层岩面的距离，构建模块构建岩面立体模型时，以测距模块于测距路径上的位置信息作为参照点，基于测距模块所测得距离作为参照点偏移，求得各组测距结果对应测距点位置信息，基于各组测距点位置信息构建岩面立体模型；
其中，构建层在由决策模块决策确定的下一矿层上层岩面结构参数采集跨度向采集层反馈，再由采集层基于采集跨度采集矿层上层岩面结构参数，并再次向构建层反馈，由构建层构建采集跨度对应岩面立体模型，直至，矿层上层岩面所有结构参数被采集层采集，由构建层完成岩面立体模型构建后，构建层进一步对所有构建的岩面立体模型根据构建顺序依次拼接组合，以得到表示矿层上层岩面所有结构参数的完整岩面立体模型。
更进一步地，所述决策模块运行获取岩面立体模型上岩面复杂程度后，基于以下逻辑决策确定下一矿层上层岩面结构参数的采集跨度：
Logic1：获取已构建岩面立体模型上岩面复杂程度，设定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度与已构建岩面立体模型上岩面复杂程度的转换比；
Logic2：基于设定转换比与已构建岩面立体模型上岩面复杂程度，计算下一矿层上层岩面结构参数采集跨度；
Logic3：获取计算所得下一矿层上层岩面结构参数采集跨度，以计算所得下一矿层上层岩面结构参数采集跨度除以测距模块中弓字形电动滑轨的宽，并采用进一法取计算结果的值，记作y，控制测距模块沿测距路径连续移动y次；
其中，测距模块沿测距路径连续移动的y次中，前y-1次移动距离均为电动滑轨的宽度，最后一次移动距离为实际计算结果小数点后值与电动滑轨的宽的乘积，测距模块每次完成移动后，均执行一次测距操作，测距模块每执行一次测距操作，构建层均完成一次岩面立体模型的构建。
更进一步地，所述分析层包括分析模块、规划模块及重置模块，分析模块用于接收构建层中构建的完整岩面立体模型，在完整岩面立体模型下表面设定开采点位，分析各开采点位开采安全风险，规划模块用于接收分析模块中各开采点位开采安全风险分析结果，基于分析结果对开采点位进行修正，应用修正结果，设定开采路径，重置模块用于重置系统运行；
其中，分析模块中设定的开采点位相邻相互距离相等，且开采点位相邻相互连接呈直线或折线，开采点在设定时，开采点数量服从完整岩面立体模型上岩面复杂程度越高，开采点越多，反之，开采点越少的设定逻辑。
更进一步地，所述分析模块中对于各开采点位的开采安全风险分析逻辑表示为：
；
式中：为开采点位的开采安全风险值；为以开采点位为界完整岩面立体模型一侧顶部的面积与底部面积的比；以开采点位为界完整岩面立体模型另一侧顶部的面积与底部面积的比；为开采点位到完整岩面立体模型边界的最短距离；为以开采点位为界完整岩面立体模型一侧与另一侧分别对应岩面立体模型的数量比；
其中，开采点位的开采安全风险值越大，表示开采点位的开采安全风险程度越高，反之，表示开采点位的开采安全风险程度越低。
更进一步地，所述各开采点位的开采安全风险在基于分析逻辑完成分析求得后，进一步对开采点位进行修正：
；
式中：为开采点位到完整岩面立体模型边界的最短距离的修正结果；为修正因子；
其中，＞0，越大，则修正因子取值越小，反之，则修正因子取值越大，在求取后，对开采点位沿所确定的路径方向偏移，开采路径由各组修正后开采点位相邻相互连接得到。
更进一步地，所述开采路径在设定后，开采设备基于开采路径控制开采设备掘进端按开采路径运行，开采设备掘进端基于开采路径对露天煤矿完成开采后，重置模块控制系统重置运行，以系统重置运行求得的新的开采路径，对露天煤矿进行开采。
更进一步地，所述构建模块通过无线网络交互连接传输模块，所述传输模块通过无线网络交互连接有测距模块及设计模块，所述构建模块通过无线网络交互连接有识别模块及决策模块，所述决策模块通过无线网络交互连接有分析模块，所述分析模块通过无线网络交互连接有规划模块及重置模块。
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提供一种基于大数据的煤矿安全监测系统，该系统在运行过程中，通过对露天煤矿矿层上层岩面的结构参数采集，来构建岩面立体模型，并以岩面立体模型安全风险分析，对露天煤矿开采过程中存在的安全风险进行识别，同步基于安全风险分析结果，进一步规划露天煤矿开采路径，有效提升了露天煤矿开采作业过程的安全性；
同时，在露天煤矿岩面立体模型构建阶段，以特定的模型构建逻辑，有效提升并控制了岩面立体模型构建精度，确保系统基于模型进一步执行的安全风险分析结果更加精准，使系统运行输出结果可靠，全面的持续的降低露天煤矿开采过程中，煤矿层上层岩面对煤矿开采所带来的安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种基于大数据的煤矿安全监测系统的结构示意图；
图2为本发明中完整的岩面立体模型示意图；
图3为本发明中测距模组中弓字形电动滑轨及测距传感器部署状态示意图；
图4为本发明中基于修正后开采点位得到的开采路径示意图；
图中的标号分别代表：1、岩面立体模型；2、矿层；3、矿层下层；4、测距路径；5、弓字形电动滑轨；6、测距传感器；7、开采路径。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例一：
本实施例的一种基于大数据的煤矿安全监测系统，如图1所示，包括：采集层、构建层及分析层；
露天煤矿的矿层上层岩面结构参数通过采集层采集，采集到的岩面结构参数实时向构建层反馈，构建层接收岩面结构参数，基于岩面结构参数构建岩面立体模型，同步识别岩面立体模型上岩面复杂程度，基于岩面立体模型复杂程度决策确定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度并向采集层反馈，采集层基于构建层确定的下一矿层上层岩面结构参数采集跨度，再次采集矿层上层岩面结构参数，并再次向构建层反馈，由构建层再次执行岩面立体模型的构建操作，直至所有矿层上层岩面结构参数对应岩面立体模型均被构建后，向分析层传输，分析层基于完整的岩面立体模型分析矿层开采位置的开采安全风险；
采集层包括设计模块、测距模块及传输模块，设计模块用于设定测距模块测距路径，测距模块用于测量测距端到矿层上层岩面的距离，传输模块用于接收测距模块测量的测距端到矿层上层岩面的距离，将测距端到矿层上层岩面的距离向构建层反馈；
其中，设计模块中设定的测距模块测距路径由系统端用户手动设定，测距模块由履式机器人、升降平台、弓字形电动滑轨及若干组测距传感器所集成，履式机器人携带升降平台于测距路径上移动，由升降平台承托弓字形电动滑轨到达矿层上层岩面顶部相对的位置，弓字形电动滑轨控制测距传感器沿轨道移动，沿轨道移动过程中，各组测距传感器执行测距任务，测距模块首次执行测量测距端到矿层上层岩面的距离的操作时，测距模块于测距路径上的位置由系统端用户手动设定；
构建层包括构建模块、识别模块及决策模块，构建模块用于接收采集层中采集的岩面结构参数，基于岩面结构参数构建岩面立体模型，识别模块用于接收构建模块中构建的岩面立体模型，识别岩面立体模型上岩面复杂程度，决策模块用于获取识别模块中识别到的岩面立体模型上岩面复杂程度，基于岩面复杂程度决策确定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度；
岩面立体模型上岩面复杂程度计算公式为：
；
式中：为岩面立体模型上岩面复杂程度；为岩面图像第q个灰度级的概率；表示对所有灰度级进行求和；为岩面立体模型的岩面上所有凸起、凹陷棱角的集合；为第v组棱角的高；为第v组棱角基于各棱边确定的棱角占地面积；为第v+1组棱角的高；为第v+1组棱角基于各棱边确定的棱角占地面积；
其中，岩面立体模型上第v组棱角与第v+1组棱角为两组相邻且距离最近的棱角，上式中应用的岩面图像为岩面立体模型对应区域的图像；
分析层包括分析模块、规划模块及重置模块，分析模块用于接收构建层中构建的完整岩面立体模型，在完整岩面立体模型下表面设定开采点位，分析各开采点位开采安全风险，规划模块用于接收分析模块中各开采点位开采安全风险分析结果，基于分析结果对开采点位进行修正，应用修正结果，设定开采路径，重置模块用于重置系统运行；
其中，分析模块中设定的开采点位相邻相互距离相等，且开采点位相邻相互连接呈直线或折线，开采点在设定时，开采点数量服从完整岩面立体模型上岩面复杂程度越高，开采点越多，反之，开采点越少的设定逻辑；
构建模块通过无线网络交互连接传输模块，传输模块通过无线网络交互连接有测距模块及设计模块，构建模块通过无线网络交互连接有识别模块及决策模块，决策模块通过无线网络交互连接有分析模块，分析模块通过无线网络交互连接有规划模块及重置模块。
在本实施例中，设计模块运行设定测距模块测距路径，测距模块同步于测量测距端到矿层上层岩面的距离，传输模块实时接收测距模块测量的测距端到矿层上层岩面的距离，将测距端到矿层上层岩面的距离向构建层反馈，构建模块进一步接收采集层中采集的岩面结构参数，基于岩面结构参数构建岩面立体模型，识别模块后置运行接收构建模块中构建的岩面立体模型，识别岩面立体模型上岩面复杂程度，再由决策模块获取识别模块中识别到的岩面立体模型上岩面复杂程度，基于岩面复杂程度决策确定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度，最后通过分析模块接收构建层中构建的完整岩面立体模型，在完整岩面立体模型下表面设定开采点位，分析各开采点位开采安全风险，规划模块接收分析模块中各开采点位开采安全风险分析结果，基于分析结果对开采点位进行修正，应用修正结果，设定开采路径，重置模块实时运行重置系统运行；
通过上述实施例中系统运行，为露天煤矿开采带来了效果较佳的全面的且实时的安全监测维护效果，确保露天煤矿的开采工作开展更加安全；
参见图2所示，该图进一步展示了露天煤矿上层完整岩面立体模型，且由图中标记对测距路径4作进一步展示；
参见图3所示，该图展示了弓字形电动滑轨5及测距传感器的相互部署位姿，对测距模块作进一步解释，从而以此种装置装备，为系统中采集层采集的露天煤矿矿层上层岩面结构参数来源进行限定，为系统中构建层在构建岩面立体模型时，提供必要的运行数据支持。
参见图4所示，该图进一步展示了由修正所得开采点位所构成的开采路径，使系统在对开采点位进行安全风险分析的同时，进一步设计露天煤矿开采路径，以确保露天煤矿开采的过程更加趋于安全。
实施例二：
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图1对实施例1中一种基于大数据的煤矿安全监测系统做进一步具体说明：
设计模块中设定的测距模块测距路径为圆形、弧形或直线路径，且服从：
；
式中：为判定值；为测距路径上点的总量；为第i组测距路径上点到矿层下层与矿层相接面边缘轮廓上最近点的距离；为第i+x组测距路径上点到矿层下层与矿层相接面边缘轮廓上最近点的距离；为正整数；
其中，上式成立，表示设计模块中设计的测距模块测距路径可用，反之，设计模块刷新运行重新设定测距模块测距路径，≤。
通过上述设置，通过上述逻辑公式限定，进一步对测距模块运行应用的测距路径带来限定，确保测距模块能够以有效的测距路径完成数据采集，进一步保证系统运行输出结果的精准。
如图1所示，构建模块接收岩面结构参数时，以传输模块作为接收目标，岩面结构参数即测距模块测量的测距端到矿层上层岩面的距离，构建模块构建岩面立体模型时，以测距模块于测距路径上的位置信息作为参照点，基于测距模块所测得距离作为参照点偏移，求得各组测距结果对应测距点位置信息，基于各组测距点位置信息构建岩面立体模型；
其中，构建层在由决策模块决策确定的下一矿层上层岩面结构参数采集跨度向采集层反馈，再由采集层基于采集跨度采集矿层上层岩面结构参数，并再次向构建层反馈，由构建层构建采集跨度对应岩面立体模型，直至，矿层上层岩面所有结构参数被采集层采集，由构建层完成岩面立体模型构建后，构建层进一步对所有构建的岩面立体模型根据构建顺序依次拼接组合，以得到表示矿层上层岩面所有结构参数的完整岩面立体模型。
通过上述设置，为构建模块的运行提供更进一步的运行逻辑支持，并于构建层中进一步完成完整岩面立体模型的构建。
如图1所示，决策模块运行获取岩面立体模型上岩面复杂程度后，基于以下逻辑决策确定下一矿层上层岩面结构参数的采集跨度：
Logic1：获取已构建岩面立体模型上岩面复杂程度，设定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度与已构建岩面立体模型上岩面复杂程度的转换比；
Logic2：基于设定转换比与已构建岩面立体模型上岩面复杂程度，计算下一矿层上层岩面结构参数采集跨度；
Logic3：获取计算所得下一矿层上层岩面结构参数采集跨度，以计算所得下一矿层上层岩面结构参数采集跨度除以测距模块中弓字形电动滑轨的宽，并采用进一法取计算结果的值，记作y，控制测距模块沿测距路径连续移动y次；
其中，测距模块沿测距路径连续移动的y次中，前y-1次移动距离均为电动滑轨的宽度，最后一次移动距离为实际计算结果小数点后值与电动滑轨的宽的乘积，测距模块每次完成移动后，均执行一次测距操作，测距模块每执行一次测距操作，构建层均完成一次岩面立体模型的构建。
通过上述，以特定的执行逻辑，为测距模块提供连续运行所需的矿层上层岩面结构参数采集跨度，确保构建层为采集层提供运行数据支持，使测距模块稳定完成矿层上层岩面结构参数的采集。
实施例三：
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图1对实施例1中一种基于大数据的煤矿安全监测系统做进一步具体说明：
分析模块中对于各开采点位的开采安全风险分析逻辑表示为：
；
式中：为开采点位的开采安全风险值；为以开采点位为界完整岩面立体模型一侧顶部的面积与底部面积的比；以开采点位为界完整岩面立体模型另一侧顶部的面积与底部面积的比；为开采点位到完整岩面立体模型边界的最短距离；为以开采点位为界完整岩面立体模型一侧与另一侧分别对应岩面立体模型的数量比；
其中，开采点位的开采安全风险值越大，表示开采点位的开采安全风险程度越高，反之，表示开采点位的开采安全风险程度越低。
通过上述，以限定的开采安全风险分析逻辑，对各开采点位进行安全风险分析。
如图1所示，各开采点位的开采安全风险在基于分析逻辑完成分析求得后，进一步对开采点位进行修正：
；
式中：为开采点位到完整岩面立体模型边界的最短距离的修正结果；为修正因子；
其中，＞0，越大，则修正因子取值越小，反之，则修正因子取值越大，在求取后，对开采点位沿所确定的路径方向偏移，开采路径由各组修正后开采点位相邻相互连接得到。
通过上述设置，对开采点位做进一步修正，为开采路径的最终设定提供必要的数据支持。
如图1所示，开采路径在设定后，开采设备基于开采路径控制开采设备掘进端按开采路径运行，开采设备掘进端基于开采路径对露天煤矿完成开采后，重置模块控制系统重置运行，以系统重置运行求得的新的开采路径，对露天煤矿进行开采。
基于上述设置，为系统中分析层的重置模块作进一步运行逻辑限定，使系统运行逻辑形成闭环，从而实现对露天煤矿的开采提供持续的安全监测维护。
综上而言，上述实施例中系统在运行过程中，通过对露天煤矿矿层上层岩面的结构参数采集，来构建岩面立体模型，并以岩面立体模型安全风险分析，对露天煤矿开采过程中存在的安全风险进行识别，同步基于安全风险分析结果，进一步规划露天煤矿开采路径，有效提升了露天煤矿开采作业过程的安全性；同时，在露天煤矿岩面立体模型构建阶段，以特定的模型构建逻辑，有效提升并控制了岩面立体模型构建精度，确保系统基于模型进一步执行的安全风险分析结果更加精准，使系统运行输出结果可靠，全面的持续的降低露天煤矿开采过程中，煤矿层上层岩面对煤矿开采所带来的安全隐患。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种基于大数据的煤矿安全监测系统，其特征在于，包括：采集层、构建层及分析层；
露天煤矿的矿层上层岩面结构参数通过采集层采集，采集到的岩面结构参数实时向构建层反馈，构建层接收岩面结构参数，基于岩面结构参数构建岩面立体模型，同步识别岩面立体模型上岩面复杂程度，基于岩面立体模型复杂程度决策确定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度并向采集层反馈，采集层基于构建层确定的下一矿层上层岩面结构参数采集跨度，再次采集矿层上层岩面结构参数，并再次向构建层反馈，由构建层再次执行岩面立体模型的构建操作，直至所有矿层上层岩面结构参数对应岩面立体模型均被构建后，向分析层传输，分析层基于完整的岩面立体模型分析矿层开采位置的开采安全风险；
构建层包括构建模块、识别模块及决策模块，构建模块用于接收采集层中采集的岩面结构参数，基于岩面结构参数构建岩面立体模型，识别模块用于接收构建模块中构建的岩面立体模型，识别岩面立体模型上岩面复杂程度，决策模块用于获取识别模块中识别到的岩面立体模型上岩面复杂程度，基于岩面复杂程度决策确定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度；
所述岩面立体模型上岩面复杂程度计算公式为：
；
式中：为岩面立体模型上岩面复杂程度；为岩面图像第q个灰度级的概率；表示对所有灰度级进行求和；为岩面立体模型的岩面上所有凸起、凹陷棱角的集合；为第v组棱角的高；为第v组棱角基于各棱边确定的棱角占地面积；为第v+1组棱角的高；为第v+1组棱角基于各棱边确定的棱角占地面积；
其中，岩面立体模型上第v组棱角与第v+1组棱角为两组相邻且距离最近的棱角，上式中应用的岩面图像为岩面立体模型对应区域的图像；
所述采集层包括设计模块、测距模块及传输模块，设计模块用于设定测距模块测距路径，测距模块用于测量测距端到矿层上层岩面的距离，传输模块用于接收测距模块测量的测距端到矿层上层岩面的距离，将测距端到矿层上层岩面的距离向构建层反馈；
其中，设计模块中设定的测距模块测距路径由系统端用户手动设定，测距模块由履式机器人、升降平台、弓字形电动滑轨及若干组测距传感器所集成，履式机器人携带升降平台于测距路径上移动，由升降平台承托弓字形电动滑轨到达矿层上层岩面顶部相对的位置，弓字形电动滑轨控制测距传感器沿轨道移动，沿轨道移动过程中，各组测距传感器执行测距任务，测距模块首次执行测量测距端到矿层上层岩面的距离的操作时，测距模块于测距路径上的位置由系统端用户手动设定；
所述设计模块中设定的测距模块测距路径为圆形、弧形或直线路径，且服从：
；
式中：为判定值；为测距路径上点的总量；为第i组测距路径上点到矿层下层与矿层相接面边缘轮廓上最近点的距离；为第i+x组测距路径上点到矿层下层与矿层相接面边缘轮廓上最近点的距离；为正整数；
其中，上式成立，表示设计模块中设计的测距模块测距路径可用，反之，设计模块刷新运行重新设定测距模块测距路径，≤；
所述决策模块运行获取岩面立体模型上岩面复杂程度后，基于以下逻辑决策确定下一矿层上层岩面结构参数的采集跨度：
Logic1：获取已构建岩面立体模型上岩面复杂程度，设定下一矿层上层岩面结构参数采集跨度与已构建岩面立体模型上岩面复杂程度的转换比；
Logic2：基于设定转换比与已构建岩面立体模型上岩面复杂程度，计算下一矿层上层岩面结构参数采集跨度；
Logic3：获取计算所得下一矿层上层岩面结构参数采集跨度，以计算所得下一矿层上层岩面结构参数采集跨度除以测距模块中弓字形电动滑轨的宽，并采用进一法取计算结果的值，记作y，控制测距模块沿测距路径连续移动y次；
其中，测距模块沿测距路径连续移动的y次中，前y-1次移动距离均为电动滑轨的宽度，最后一次移动距离为实际计算结果小数点后值与电动滑轨的宽的乘积，测距模块每次完成移动后，均执行一次测距操作，测距模块每执行一次测距操作，构建层均完成一次岩面立体模型的构建；
所述分析层包括分析模块、规划模块及重置模块，分析模块用于接收构建层中构建的完整岩面立体模型，在完整岩面立体模型下表面设定开采点位，分析各开采点位开采安全风险，规划模块用于接收分析模块中各开采点位开采安全风险分析结果，基于分析结果对开采点位进行修正，应用修正结果，设定开采路径，重置模块用于重置系统运行；
其中，分析模块中设定的开采点位相邻相互距离相等，且开采点位相邻相互连接呈直线或折线，开采点在设定时，开采点数量服从完整岩面立体模型上岩面复杂程度越高，开采点越多，反之，开采点越少的设定逻辑；
所述分析模块中对于各开采点位的开采安全风险分析逻辑表示为：
；
式中：为开采点位的开采安全风险值；为以开采点位为界完整岩面立体模型一侧顶部的面积与底部面积的比；以开采点位为界完整岩面立体模型另一侧顶部的面积与底部面积的比；为开采点位到完整岩面立体模型边界的最短距离；为以开采点位为界完整岩面立体模型一侧与另一侧分别对应岩面立体模型的数量比；
其中，开采点位的开采安全风险值越大，表示开采点位的开采安全风险程度越高，反之，表示开采点位的开采安全风险程度越低；
所述各开采点位的开采安全风险在基于分析逻辑完成分析求得后，进一步对开采点位进行修正：
；
式中：为开采点位到完整岩面立体模型边界的最短距离的修正结果；为修正因子；
其中，＞0，越大，则修正因子取值越小，反之，则修正因子取值越大，在求取后，对开采点位沿所确定的路径方向偏移，开采路径由各组修正后开采点位相邻相互连接得到。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的煤矿安全监测系统，其特征在于，所述构建模块接收岩面结构参数时，以传输模块作为接收目标，岩面结构参数即测距模块测量的测距端到矿层上层岩面的距离，构建模块构建岩面立体模型时，以测距模块于测距路径上的位置信息作为参照点，基于测距模块所测得距离作为参照点偏移，求得各组测距结果对应测距点位置信息，基于各组测距点位置信息构建岩面立体模型；
其中，构建层在由决策模块决策确定的下一矿层上层岩面结构参数采集跨度向采集层反馈，再由采集层基于采集跨度采集矿层上层岩面结构参数，并再次向构建层反馈，由构建层构建采集跨度对应岩面立体模型，直至，矿层上层岩面所有结构参数被采集层采集，由构建层完成岩面立体模型构建后，构建层进一步对所有构建的岩面立体模型根据构建顺序依次拼接组合，以得到表示矿层上层岩面所有结构参数的完整岩面立体模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的煤矿安全监测系统，其特征在于，所述开采路径在设定后，开采设备基于开采路径控制开采设备掘进端按开采路径运行，开采设备掘进端基于开采路径对露天煤矿完成开采后，重置模块控制系统重置运行，以系统重置运行求得的新的开采路径，对露天煤矿进行开采。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的煤矿安全监测系统，其特征在于，所述构建模块通过无线网络交互连接传输模块，所述传输模块通过无线网络交互连接有测距模块及设计模块，所述构建模块通过无线网络交互连接有识别模块及决策模块，所述决策模块通过无线网络交互连接有分析模块，所述分析模块通过无线网络交互连接有规划模块及重置模块。
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| CN111737895A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-10-02 | 鞍钢集团矿业有限公司 | 一种动态评价露天矿地下采空区顶板稳定性的方法 |
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