一种基于矿井用风量监测的超能力生产判识系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于矿井用风量监测的超能力生产判识系统及方法，属于煤矿信息化领域。通过煤矿井下用风量监测系统对煤矿超能力生产进行实时监测，当监测到上传的各用风地点风量数据或矿井总用风量数据与该矿井资源界内的所有采煤面需风量数据间存在异常时，判识煤矿的超能力生产行为，后台管理系统根据风量精准监测装置的位置及其上传的数据，获取井下超能力生产采掘工作面的实时位置，通过系统计算将风量偏差与监测阈值比对，完成煤矿生产状态判识，监测系统终端对矿井超能力生产行为及位置进行预警和报警。本方法充分考虑了煤矿超能力生产中煤炭产量和用风量的数据特征，可较为准确地判定煤矿超能力生产，避免人工监管监察的各种人为因素。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿信息化领域，涉及一种基于矿井用风量监测的超能力生产判识系统及方法。

背景技术

超能力组织生产是煤矿重特大事故发生的主要原因之一。煤矿在开采过程中，为加强和完善煤矿生产能力管理，规范生产能力核定工作，保障安全生产，煤矿应当按照均衡生产原则，安排年度、季度、月度生产计划，合理组织生产。年度原煤产量不得超过生产能力，月度原煤产量不得超过生产能力的10％，无月度计划的，月度产量不得超过公告生产能力的1/12。近年来，我国发生的多起矿山安全事故均存在超能力生产的现象，受制于种种利益关系，完全依靠管制手段并不能达到根治超能力生产问题的目的，运用技术管理手段对超能力生产问题进行监测便成为亟待发掘的有效途径。

煤矿超能力生产监测受人为因素影响较大，难以得到真实的煤炭产量信息。近几年为遏制此现象的产生，出现了采用电能等能耗监测、人工测量或视频监控、人员定位等手段对煤矿产量进行自动监测的技术，但部分手段信息滞后，且需在井下安装大量监测监控设备，维护成本较高。因此，设计一套可操作性高、适用面广的超能力生产自动判识方法及系统，能够准确认定、及时消除重大安全生产隐患和违法行为，对煤矿安全生产具有重大的促进作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于矿井用风量监测的超能力生产判识系统及方法。利用本发明能通过煤矿井下用风量监测系统对煤矿煤炭产量进行实时监测，即时发现井下采区等用风地点用风量的异常，判定超能力生产状态的行为并示警。本发明利用井下自有的测风装置，配合通信设备，对井下各巷道内用风量进行实时监测，当监测到上传的各用风地点风量数据或矿井总用风量数据与该矿井资源界内的所有采掘工作面需风量数据间存在异常时，后台管理系统根据风量监测装置的位置及其上传的数据，获取井下超能力生产采掘工作面的实时位置，通过系统计算将风量偏差与监测阈值比对，完成煤矿生产状态判识，监测系统终端对矿井超能力生产行为及位置进行预警和报警。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于矿井用风量监测的超能力生产判识系统，该系统包括依次连接的风量监测系统、后台管理系统和监测系统终端；

所述风量监测系统包括井下各巷道测风地点设置的测风装置和风量监测通信设备，用于获取井下各巷道风量的实时数据，实时风量数据带有位置标签；

测风装置固定在各巷道内特征位置处，用于对该巷道断面风速、风量进行监测；

风量监测通信设备固定在测风装置旁，用于将测风装置所监测巷道实时风速进行采集、计算和传输，转换为巷道实时风量，为所得风量添加测风装置所在巷道位置标签，将带有位置标签的实时风量数据上传给后台管理系统；

后台管理系统包括后台管理通信设备和后台管理服务器，用于关联井下各巷道的实时用风量数据，发现巷道实时用风量与设计所需需风量间的异常；

后台管理通信设备通过有线或无线网络通信，用于接收风量监测系统获取的实时风量数据；

后台管理服务器用于处理实时风量数据，通过与矿井正常产能时预设需风量比较，判断是否存在超能力生产的行为；

监测系统终端与后台管理系统相连，用于超能力生产行为预警及报警。

可选的，所述测风装置包括机械六线式测风机构、超声波线风速测量装置和全断面激光风速测定仪；

所述机械六线式测风机构通过支架固定在巷道内部，其中，导轨和风速传感器固定在支架上，通过气动装置驱使风速传感器在巷道内采用六线式方式对断面风速进行监测；

所述超声波线风速测量装置采用一对收发一体超声波传感器，利用超声波在顺风与逆风传播时的速度差，在固定传播距离时速度差反映成时间差，经转换计算得到风速值；

所述全断面激光风速测定仪利用激光风速测量的多普勒效应，激光经气溶胶颗粒产生后向散射信号，经光学天线采集后，与本振光进行通过相干探测和数字解调，得到待测区域风速和风向信息。

可选的，所述风量监测通信设备包括井下分站、本安电源和交换机；

所述井下分站接收井下传感器信号参数，并能够通过工业以太网快速向地面的系统中心站传送信号参数；

所述本安电源提供解调仪设备所需电源；

所述交换机安装在煤矿井下，用来使井下连接到交换机的设备与地面进行数据交换和设备管理，实现数据获取和控制管理工作。

可选的，所述测风装置在井下巷道的固定位置、巷道名称、风速传感器编号、巷道的断面信息和巷道设计需风量信息记录在后台管理系统的数据库中。

可选的，所述后台管理系统通过数据库进行数据的存储、调用和查询。

可选的，所述监测系统终端设置在地面，用于人机交互，人机交互包括通过监测系统向监测系统终端输入信息、通过监测系统终端向操作者展示监测系统中的数据及其组合以及根据监测系统中的数据及其组合衍生得出的信息。

可选的，该系统分为井上部分、井下部分；

所述井上部分包括监测终端和后台管理系统；

所述监测终端和后台管理系统连接到工业环网、监管监察专网；

所述井下部分包括测风装置和风量监测通信设备；

基于所述系统的基于煤矿井下用风量监测的生产自动判识方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：在井下各巷道内选定特征地点安装测风装置；

步骤二：在测风装置附近安装风量监测通信设备，将测风装置、井下分站、本安电源和交换机进行连接，构建风量监测系统，通过有线或无线网络通信，对实时风速数据进行采集、传输和计算；

步骤三：将测风装置、风速传感器进行编号记录于后台管理系统数据库中，将各巷道名称、巷道断面信息、测风装置布置位置信息等保存于后台管理系统数据库中；

步骤四：计算采区总风量Q

步骤五：将计算所得各采区风量乘以采区风量备用系数K

步骤六：通过有线或无线网络通信，将风量监测系统获取的井下各巷道内实时风量数据

步骤七：后台管理服务器对获取得到的巷道实时风量数据进行解算，并与步骤五所设风量监测阈值

步骤八：后台管理服务器将矿井超能力生产判识结果传输到监测终端，并通过文字、颜色等预警方式将矿井生产状态进行展示；

当

当

当

本发明的有益效果在于：

本发明利用井下测风装置，配合通信设备，可以实现对井下各巷道内用风量进行实时监测，当某一采区出现异常生产行为时，该采区关联的巷道内风速的实时变化将即时展现在监测系统终端，具有较好的可操作性、适用性；

本发明利用井下采掘所必须的通风条件和位置信息来判识超能力生产行为，可以准确地发现井下的异常开采行为，不易受人为干扰；

本发明的后台管理系统可以储存、调用、查询历史数据，便于对异常进行追溯。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明所述监测方法流程图；

图2为本发明所述监测系统结构示意图；

图3为本发明实施例中正常生产时通风网络图；

图4为本发明实施例中新开拓开采工作面通风网络图；

图5为本发明实施例中新开拓开采工作面布置局扇后通风网络图；

图6为本发明实施例中在原有巷道上进行超能力生产通风网络图；

图7为本发明实施例中在超能力生产工作面布置局扇后通风网络图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明首先提供了一种基于煤矿井下用风量监测的超能力生产自动判识方法及系统，利用该系统能实时获取井下各巷道风速、风量变化情况，风量数据，并将上述数据通过有线或无线传输方式上传给后台管理服务器，经过与预设各用风地点的需风量阈值对比，判断是否出现超能力生产开采行为并通过监测系统终端进行预警。

本实施例提供一种基于煤矿井下用风量监测的超能力生产自动判识方法及系统，其监测方法流程图如图1所示，其监测系统结构示意图如图2所示，包括井下的风量监测系统和井上的后台管理系统及监测系统终端；

其中，井下部分的风量监测系统包括井下各巷道测风地点所设测风装置和风量监测通信设备，用于获取井下各巷道风量的实时数据，实时风量数据带有位置标签；测风装置固定在各巷道内特征位置处，用于对各巷道断面风速、风量进行监测；风量监测通信设备固定在测风装置附近，井下分站通过有线或无线传输方式将对应测风装置所监测巷道实时风速进行收集，并且转换为巷道实时风量，为所得风量添加测风装置所在巷道位置标签，交换机同样通过有线或无线传输方式将某一区域内的井下分站传输来的带有位置标签的巷道风量实时数据上传给后台管理系统；

其中，井上部分包括后台管理系统和监测系统终端。后台管理系统包括后台管理通信设备和后台管理服务器，在监测系统运行前需通过监测系统终端将预设各巷道需风量进行确定，并作为阈值保存于后台管理系统数据库中，后台管理通信设备通过有线或无线网络通信，将井下各交换机上传的各巷道实时风量数据进行汇总、分析，并与预设各巷道需风量阈值进行对比，判断是否存在超能力生产的行为，若出现异常风量数据，将输出“RED”信号至监测系统终端，监测系统终端接收该信号后进行“超能力生产行为”预警，反之，则为“临界超能力生产”或“正常生产”状态；

进一步地，测风装置主要包括机械六线式测风机构、超声波线风速测量装置、全断面激光风速测定仪等；

机械六线式测风机构指：支架固定在巷道内部，导轨、风速传感器固定在支架上，通过气动装置驱使风速传感器在巷道内采用六线式方式对断面风速进行监测；

超声波线风速测量装置：采用一对收发一体超声波传感器，利用超声波在顺风与逆风传播时的速度差，在固定传播距离时速度差反映成时间差，经转换计算得到风速值；

全断面激光风速测定：利用激光风速测量的多普勒效应，激光经气溶胶颗粒产生后向散射信号，经光学天线采集后，与本振光进行通过相干探测和数字解调，得到待测区域风速、风向信息。

进一步地，风量监测通信设备包括井下分站、本安电源及交换机；

井下分站指：接收井下传感器信号参数，并能够通过工业以太网快速向地面的系统中心站传送信号参数的装置。

本安电源指：用于提供解调仪设备所需电源的装置；

交换机指：安装在煤矿井下，用来使井下连接到交换机的设备与地面进行数据交换和设备管理，实现数据获取和控制管理工作的装置。

进一步地，测风装置在井下巷道的固定位置、巷道名称、风速传感器编号、巷道的断面信息和巷道设计需风量信息记录在后台管理系统的数据库中。

进一步地，后台管理系统通过数据库进行数据的存储、调用、查询。

进一步地，地面监测系统终端指用于人机交互，人机交互包括通过监测系统向监测系统终端输入信息、通过监测系统终端向操作者展示监测系统中的数据及其组合以及根据监测系统中的数据及其组合得出的信息；

进一步地，该监测系统包括井上部分、井下部分；

所述井上部分包括监测终端和后台管理系统；所述监测终端和后台管理系统连接到工业环网、监管监察专网；

所述井下部分包括测风装置和风量监测通信设备；

基于上述监测系统，本发明提供了一种基于煤矿井下用风量监测的超能力生产自动判识方法及系统，包括以下步骤：

步骤一：在井下各巷道内选定特征地点安装测风装置；

本实施例中，所述特征地点，即为井下各巷道较为平坦、巷道断面较为平整处，将测风装置安装在巷道内，实现对巷道内风速进行实时监测；

步骤二：在测风装置附近安装风量监测通信设备，将测风装置、井下分站、本安电源和交换机进行连接，构建风量监测系统，通过有线或无线网络通信，接收、计算及转换测风装置中风速传感器获取的实时风速数据；

步骤三：将测风装置、风速传感器进行编号记录于后台管理系统数据库中，将各巷道名称、巷道断面信息、测风装置布置位置信息等保存于后台管理系统数据库中；

具体实施例中，如图3所示，矿井正常生产时，在各分支均布置有测风装置，监测所得各分支风量为Q

如图4所示，超能力生产方式为在节点V

如图5所示，超能力生产方式为在节点V

如图6所示，超能力生产方式为在分支e

如图7所示，超能力生产方式为在分支e

步骤四：计算采区总风量Q

本实施例中对此有所简化，如图3所示，采区总需风量为Q

步骤五：将计算所得各采区风量乘以采区风量备用系数K

所述采区风量备用系数K

在步骤四基础上，本实施例中所设风量监测阈值分别为

步骤六：通过有线或无线网络通信，将风量监测系统获取的井下各巷道内实时风量数据

本实施例中，超能力生产方式为图4时，上传至后台管理服务器实时风量数据为{Q

步骤七：后台管理服务器对获取得到的巷道实时风量数据进行解算，并与步骤五所设风量监测阈值

本实施例中，设各分支风阻分别为R

本实施例中，超能力生产方式为图4时，监测所得风量数据为{Q

本实施例中，超能力生产方式为图5时，监测所得风量数据为{Q

本实施例中，超能力生产方式为图6时，监测所得风量数据为{Q

本实施例中，超能力生产方式为图7时，监测所得风量数据为{Q

步骤八：后台管理服务器将矿井开采状态判定结果传输到监测终端，以预警信号形式将矿井开采状态进行展示；

本实施例中将步骤五处所设风量阈值

在步骤七计算所得风量偏差

本实施例中，超能力生产方式为图4时，风量偏差

进一步地，步骤五所述采区风量备用系数K

可选的，步骤五所述采区风量备用系数K

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，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案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。