基于煤矿产量及能耗监测的煤炭盗采监测方法

摘要

本发明公开了一种基于煤矿产量及能耗监测的煤炭盗采监测方法，本方法通过煤矿产量监测系统实时监测矿井煤炭产量和该矿井资源界内所有采掘工作面煤炭产量，当监测到上传的矿井煤炭产量数据与该矿井资源界内的所有采煤面煤炭产量之间关系异常时，发现煤炭盗采；本方法同时监测煤炭产量与运输设备能耗之间的关系，发现数据异常。本方法充分考虑了煤矿盗采中产量和能耗数据特征，可较为准确地判定煤炭盗采，避免人工监管的各种人为因素，进一步强化盗采监管，遏制盗采事件发生，保护国家煤矿资源。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于煤矿产量及能耗监测的煤炭盗采监测方法，该方法涉及传感器、数 据处理和通信等领域。

背景技术

煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、 顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。另外，事故调查表明，煤炭生产中超层越界盗采 引发的死亡事故，在煤矿事故中占有较大的比例。

煤炭盗采具有隐蔽性强、发现难、监管难等特点。为及时发现和监管，一些地方管理 部门向私营小煤矿派驻矿人员、进行监督检查。但由于矿主收买、驻矿监督检查人员业务 能力和责任心差等原因，没有能及时发现和遏制盗采、进而酿成一起起死亡事故。因此， 急需研究防止煤炭盗采的自动检测技术，避免人工监管的各种人为因素，进一步强化盗采 监管，遏制盗采事件发生，保护国家煤矿资源，防止由盗采引起的伤亡事故。

发明内容

本发明提出了一种基于煤矿产量及能耗监测的煤炭盗采监测方法，具体方法包括：

1.在煤矿建立煤矿产量监测系统，通过监测系统实时监测矿井煤炭产量和该矿井资源界内 所有采掘工作面煤炭产量，并将数据及时上传至上级煤炭管理或监管部门，当监测到上 传的矿井煤炭产量数据与该矿井资源界内的所有采煤面煤炭产量之和的比值或差值满 足设定条件时，发出煤炭盗采报警信号。

2.在煤炭运输皮带上安装计量设备，实时监测矿井运输皮带运输的煤炭量；计量设备为电 子皮带秤、核子皮带秤或激光秤；计量设备具有通信接口，可远程上传计量数据。

3.实时监测矿井煤炭产量，同时监测该矿井资源界内所有采掘工作面煤炭产量L_i，设该矿 井有n个采掘工作面，在时间段S中时间各采掘工作面产量分别为L₁，L₂，…，L_n，设定阈 值C_A，如S时间段内的煤炭产量为M_S，当满足时，发出煤炭盗采报警信号； 阈值C_A通过统计测量设定或参考设备测量误差手动设定并调整。

4.实时监测矿井煤炭产量，同时监测该矿井资源界内所有采掘工作面煤炭产量L_i，设该矿 井有n个采掘工作面，在时间段S中时间各采掘工作面产量分别为L₁，L₂，…，L_n，设定阈 值C_B，如S时间段内的煤炭产量为M_S，当满足时，发出煤炭盗采报警 信号；阈值C_B通过统计测量设定或参考设备测量误差手动设定并调整。

5.监测煤矿主运输设备的能耗，同时采集监测该设备上的产量计量设备数据，当监测到运 输设备实际使用能耗远大于煤炭产量所需的消耗且满足设定条件时，发出产量计量错误 报警信号。

6.监测煤矿所有安装有计量设备的采掘工作面运输设备的能耗，同时采集监测该设备上的 计量设备数据，当监测到运输设备实际使用能耗远小于煤炭产量所需的消耗时，发出产 量计量错误报警信号。

7.实时监测矿井煤炭产量，同时采集矿井主要运输设备主提升机或主运输皮带的供电线路 的电度表数据，设定阈值C_D，如S时间段内的该矿井煤炭产量为M_S，所用电量为W_S， 设定阈值C_D，当满足时，发出产量计量错误报警信号；阈值C_D通过统计测量 设定或参考设备额定参数及测量误差手动设定并调整。

8.实时监测矿井煤炭产量，同时采集矿井主要运输设备主提升机或主运输皮带的供电线路 的有功功率数据P，设定阈值C_E，如S时间段内的该矿井煤炭产量为M_S，当满足 时，发出产量计量错误报警信号；阈值C_E通过统计测量设定或参考设备额 定参数及测量误差手动设定并调整。

9.实时监测矿井煤炭产量，同时采集矿井主要运输设备主提升机或主运输皮带的供电线路 的电流有效值I_i，设定阈值C_F，如S时间段内的该矿井煤炭产量为M_S，功率因数为 有效电压为U，当满足时，发出产量计量错误报警信号；阈 值C_F通过统计测量设定或参考设备额定参数及测量误差手动设定并调整。

10.实时监测煤矿所有安装有煤炭运输量计量设备的采掘工作面运输设备的电度表数据，同 时监测煤炭运输量，设定阈值C_G，如S时间段内的煤炭运输量为M_S，所用电量为W_S， 当满足时，发出产量计量错误报警信号；阈值C_G通过统计测量设定或参考设 备额定参数及测量误差手动设定并调整。

11.实时监测煤矿所有安装有煤炭运输量计量设备的采掘工作面运输设备供电线路的有功 功率数据P，设定阈值C_H，如S时间段内的该矿井煤炭产量为M_S，当满足时，发出产量计量错误报警信号；阈值C_H通过统计测量设定或参考设备额定参数及测 量误差手动设定并调整。

12.实时监测煤矿所有安装有煤炭运输量计量设备的采掘工作面运输设备的供电有效电流 I，同时监测煤炭运输量，设定阈值C_K，如S时间段内的该矿井煤炭产量为M_S，平 均功率因数为有效电压为U，当满足时，发出产量计量错误 报警信号；阈值C_K通过统计测量设定或参考设备额定参数及测量误差手动设定并调整。

附图说明

图1系统实施示意图。

图2煤矿盗采监测工作流程示意图。

图3产量数据监测流程示意图。

图4计量监测流程示意图。

具体实施方式

所述基于煤矿产量及能耗监测的煤炭盗采监测方法通过煤矿产量监测系统实现，系统组 成如图1所示，主要包括：

1.通信服务器(101)，通信服务器负责接收存储运输计量设备和运输设备能耗计量设 备上传的数据，并对数据打包上传至监测服务器。

2.监控主机(102)；具有声光报警功能，生产监督管理人员通过监控主机查看辖区各 煤矿生产情况，查看监测服务器(203)提供报警信息，并可从监测服务器调取历 史数据。

3.监测服务器(103)；负责对产量和设备能耗数据进行采集、存储和监测，根据监测 结果向监控主机(202)发出煤炭盗采报警信号和产量计量错误报警信号，并为监 控主机(202)用户提供查询调取服务。

4.网络交换机(104)；负责接入网络的设备的管理和数据交换。

5.井下交换机(105)；负责分站的接入和数据交换，具有隔爆外壳，符合煤矿井下防 爆要求。

6.采掘工作面分站(106)；负责采掘工作面前端数据采集设备的通信接入和数据交换， 具有隔爆外壳，符合煤矿井下防爆要求。

7.主井分站(107)；负责主井内前端数据采集设备的通信接入和数据交换，具有隔爆 外壳，符合煤矿井下防爆要求。

8.运输计量设备(108)；包括提升机称重设备、电子皮带秤、核子皮带秤或激光秤。

9.运输设备能耗计量设备(109)；包括电度表、功率表或电流表。

煤矿盗采监测工作流程如图2所示：

1.(201)运输计量设备采集的煤炭产量数据和运输设备能耗计量设备采集的能耗数 据通过通信线路传输到分站，通信线路可采用现场通信总线。

2.(202)分站通过网络通信线路传输数据到井下交换机，网络通信线路介质可采用 双绞线、同轴电缆或光纤。

3.(203)井下交换机将数据通过矿用以太环网传输到井上的网络交换机，网络交换 机将数据发给通信服务器，通信服务器接收数据，将数据存储，同时将数据打包通 过互联网或煤炭专网远程发送至上级监管部门的监测服务器。

4.(204)监测服务器分析矿井煤炭总产量数据和所有采煤面煤炭产量数据，当监测 到上传的矿井煤炭产量数据与该矿井资源界内的所有采煤面煤炭产量之和的比值 或差值满足设定条件时，发出煤炭盗采报警信号。以总产量和各采煤面产量之和应 相等为依据，及时发现该煤矿是否存在盗采的可疑情况。

5.(205)监测服务器监测煤矿主运输设备的能耗数据和该设备上的产量计量设备数 据，当监测到运输设备实际使用能耗远大于煤炭产量所需的消耗且满足设定条件 时，发出产量计量错误报警信号。以主运输设备的能耗数据为依据发现该煤矿总产 量计量设备存在的问题，及时发现某些煤矿为隐瞒实际产量而采取故意调低设备计 量值的可疑情况。

6.(206)监测服务器实时监测煤矿所有安装有计量设备的各采掘工作面运输设备的 能耗数据和该设备上的计量设备数据，当监测到运输设备实际使用能耗远小于煤炭 产量所需的消耗时，发出产量计量错误报警信号。以运输设备的能耗数据为依据发 现采掘工作面运输计量设备存在的问题，及时发现某些煤矿为符合(204)的监测 条件而采取故意调高设备计量值的可疑情况。

7.(207)监控主机实时显示产量等数据情况，当接收到满足报警条件的数据信号时， 则自动声光报警；生产监管人员可查看实时报警情况和设备详细，调取历史数据， 采取相关措施。

产量数据监测流程如图3所示：

1.(301)设定煤矿产量监测的阈值比例阈值C_A及差值阈值C_B，C_A设定需参考采掘工 作面总数n，一般可设定C_B设定还需参考煤矿往年总产量数据M，一般可 设定C_A，C_B也可根据统计或经验值手动设定。C_A，C_B如已设定则在每次 监测服务器启动时自动调取。

2.(302)设定煤矿产量监测的最小间隔时间S，以天为单位。还可设定多个监测间隔 时间，在不同时间段对煤矿产量进行监测，如已设定则在每次监测服务器启动时自动调 取。

3.(303)接收煤矿通信服务器上传的数据包，解析数据包获得煤炭产量数据和各采掘 工作面的产量数据。

4.(304)将解析得到产量数据存入数据库。

5.(305)判断是否到达监测间隔时间，如未到达返回(303)，如已到达监测间隔时间 则执行(306)；

6.(306)分别统计累加数据库中监测间隔时间内的煤炭产量和各采掘工作面的产量， 当满足时或满足时，则触发报警(307)，否则返回(303)。式 中M_S为煤炭产量，L_i为采掘工作面产量；

8.(307)发出煤炭盗采报警信号，并返回(303)继续监测。

计量监测流程如图4所示：

1.(401)设定矿井主要运输设备和矿井采掘工作面运输设备能耗计量错误监测的阈值， 一般可设定$C_D=C_E=C_F=\frac{W_a}{M_a+0.5\frac{M_a}{n}},C_G=C_H=C_K=0.8\frac{w_b}{M_b},$式中M_a为煤矿往年 总产量数据，W_a为主要运输设备年总能耗，M_b为各采掘工作面往年产量数据平均值， W_b为各采掘工作面运输设备年能耗平均值。阈值也可参考设备额定参数及测量误差手 动设定和调整。阈值如已设定，则在每次监测服务器启动时自动调取。

2.(402)设定煤矿产量监测的最小间隔时间S，还可设定多个监测间隔时间，在不同 时间段对煤矿产量进行监测，如已设定则在每次监测服务器启动时自动调取。

3.(403)接收煤矿通信服务器上传的数据包，解析数据包获得矿井主要运输设备和矿 井采掘工作面运输设备的产量数据。

4.(404)将解析得到产量数据存入数据库。

5.(405)判断是否到达监测间隔时间，如未到达返回(303)，如以到达监测间隔时间 则执行(306)；

6.(406)判定主要运输设备能耗是否远大于煤炭产量，根据所采集能耗参数的不同分 别通过以下公式判定。如采集的是电度表数据W，则使用判定，式中M_S为煤 炭产量，W_S为间隔时间前后W的差值；如采集的是有功功率数据P，则使用判定；如采集的是电流有效值I，则使用判定，式中为功率因数， 当满足判定条件则触发报警(408)，否则返回(403)。

7.(407)判定采掘工作面运输设备能耗是否远小于煤炭产量，根据所采集能耗参数的 不同分别通过以下公式判定。如采集的是电度表数据W，则使用判定，式中M_S为煤炭产量，W_S为间隔时间前后W的差值；如采集的是有功功率数据P，则使用 判定；如采集的是电流有效值I，则使用判定，式中为功率因数，当满足判定条件则触发报警(408)，否则返回(403)。

8.(408)发出产量计量错误报警信号(408)，并返回(403)继续监测。