矿井突水灾害监测预警系统及其控制方法.pdf

本发明涉及一种矿井突水灾害监测预警系统，其由原位测量子系统、数据采集子系统、数据传输控制子系统、数据及警情发布子系统组成；原位测量子系统通过通讯系统连接至数据采集子系统，数据采集子系统数据输入输出口与数据传输控制子系统的数据输入输出口通过通讯系统连接实现数据的双向传输，数据传输子系统和数据及警情发布子系统通过计算机网络进行连接。本发明还涉及一种矿井突水灾害监测预警系统的控制方法。

1.  矿井突水灾害监测预警系统，由原位测量子系统、数据采集子系统、数据传输控制子系统、数据及警情发布子系统组成，其特征在于：原位测量子系统通过通讯系统连接至数据采集子系统，数据采集子系统数据输入输出口与数据传输控制子系统的数据输入输出口通过通讯系统连接实现数据的双向传输，数据传输子系统和数据及警情发布子系统通过计算机网络进行连接。

2.  如权利1所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：所述原位测量子系统主要包括水压传感器、水温传感器、应力传感器、应变传感器、位移传感器、渗透压传感器、特征离子传感器，也可以包括其中一个或几个。

3.  如权利1所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：可以在矿井中布置监测网。

4.  如权利1所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：所述数据采集子系统中数据采集分站设计32路信号输入通道。

5.  如权利1所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：所述数据采集子系统可以设置与原位测量子系统中测量工作点数目相同的数据采集分站，每个数据采集分站负责采集一个监测工作点的预警指标体系的参数。

6.  如权利1所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：数据采集分站采用双CPU工作模式并提供监测数据缓存的功能。

7.  如权利1所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：所述的数据采集子系统与数据传输控制子系统采用了数字通信和模拟通信两种形式进行数据传输。

8.  如权利1所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：在线的客户端每隔一分钟向服务器端发送“在线确认”数据包。

9.  如权利1所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：数据及警情发布子系统采用客户/服务器架构，采用GIS开发平台。

10.  如权利9所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：所述的数据及警情发布子系统数据显示范围用线性方程控制。

11、  如权利9所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：所述的数据及警情发布子系统具有利用临界值法及人工智能判别技术的高效预警模式。

12.  如权利9所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：预警模式设置在客户端中，不同的客户端可以根据需要调整报警临界值。

13.  一种矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：所述矿井突水灾害监测预警系统的控制方法包括下列步骤：
(1)原位测量子系统实时测量预警指标数据，包括水压、水温、应力、应变、位移；
(2)数据传输控制子系统下载设置参数至数据采集子系统；
(3)数据采集子系统依据设置参数采集原位测量子系统中的测量数据；
(4)数据传输控制子系统把数据采集子系统采集的数据传输至地面PC的数据库中；
(5)数据及警情发布子系统的服务器端访问数据传输控制子系统的数据库，并把最新数据向各个客户端发布。客户端接收到数据进行适时曲线和数字显示，并把数据导入预警模式，如果出现险情则通过声音、图像、文字、移动通信等多种形式报警。
(6)重复(1)(3)、(4)、(5)直至监测预警结束。

14.  如权利13所述的矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：所述原位测量子系统主要包括水压传感器、水温传感器、应力传感器、应变传感器、位移传感器、渗透压传感器、特征离子传感器，也可以包括其中一个或几个。

15.  如权利13所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：可以在矿井中布置监测网。

16.  如权利13所述的矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：所述数据采集子系统中数据采集分站设计32路信号输入通道。

17.  如权利13所述的矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：所述数据采集子系统可以设置与原位测量子系统中测量工作点数目相同的数据采集分站，每个数据采集分站负责采集一个监测工作点的预警指标体系的参数。

18.  如权利13所述的矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：数据采集分站采用双CPU工作模式并提供监测数据缓存的功能。

19.  如权利13所述的矿井突水灾害监测预警系统，其特征在于：所述的数据采集子系统与数据传输控制子系统采用了数字通信和模拟通信两种形式进行数据传输。

20.  如权利13所述的矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：在线的客户端每隔一分钟向服务器端发送“在线确认”数据包。

21.  如权利13所述的矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：数据及警情发布子系统采用客户/服务器架构，采用GIS开发平台。

22.  如权利19所述的矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：所述的数据及警情发布子系统数据显示范围用线性方程控制。

23.  如权利19所述的矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：所述的数据及警情发布子系统具有利用临界值法及人工智能判别技术的高效预警模式。

24.  如权利19所述的矿井突水灾害监测预警系统的控制方法，其特征在于：预警模式设置在客户端中，不同的客户端可以根据需要调整报警临界值。

矿井突水灾害监测预警系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种监测预警系统及其控制方法，尤其涉及一种矿井突水灾害的监测预警系统及其控制方法。
背景技术
水害事故破坏性大，突发性强，往往导致大量的人员伤亡，给人民生命和国家财产造成无法挽回的损失。即使没有造成人员伤亡，矿井水害事故也具有抢救难度大、经济损失大、矿井恢复周期长、恢复期间安全隐患多等特点。矿井水害已成为影响矿山安全生产的重大问题之一。因此，研制、开发一套有效实用的水灾监测预警硬件和软件系统，包括井上下布置方法、监测仪器、人工智能诊断软件系统，具有重要的理论意义和实用价值。
根据大量突水事故的分析总结可发现，任何一次矿井突水的发生都有一个从孕育、发展到突发的由量变到质变的转变过程，在其中的不同阶段均会显现不同的预兆，如果能够及时捕捉监测和发现这些宝贵的预兆信息，就可初步掌握突水规律，并可超前预警，从而大大减小或完全避免人员伤亡及经济损失。在对煤矿水灾发生的地质构造、采矿、水文地质等条件综合研究的基础上，总结煤矿突水的内在机理，提出导致煤矿突水的主控要素，并转化为灾害发生的监测预警指标体系，应用突水预兆信息原位采集技术、突水因素适时检测技术、突水因素远程监控技术和人工智能判别技术，通过对突水动态信息的综合系统分析，建立矿井水灾预警的指标体系和预警模式，研发水灾预警的信息系统，并通过工业性试验将研发成果成功地应用于煤矿水灾的超前预测和预警，以实现煤矿突水灾害的实时监测、远程遥控、超前预警，为防范和控制突发性突水灾害提供准确和先见的信息。
发明内容
本发明的目的是实现矿井突水灾害预兆信息的实时监测、传输、远程发布以及判别矿井突水危险性并进行超前预警。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：矿井突水灾害监测预警系统由原位测量子系统、数据采集子系统、数据传输控制子系统、数据及警情发布子系统组成；原位测量子系统通过通讯系统连接至数据采集子系统，数据采集子系统数据输入输出口与数据传输控制子系统的数据输入输出口通过通讯系统连接实现数据的双向传输，数据传输子系统和数据及警情发布子系统通过计算机网络连接，数据及警情发布子系统实现数据适时分析、显示、预警等功能。
所述原位测量子系统用于测量矿井突水灾害预警指标的数值，原位测量子系统可以设置监测工作面，监测工作面可以设置监测工作点，从而形成监测网。矿井突水灾害预警指标体系包括水压、水温、应力、应变、位移，依据矿井突水灾害的多元性及矿井突水机理，可增加预警指标体系的参数，实践表明该预警指标体系具有较易获取、判别，并能有效实现预警功能等优势。相应地，原位测量子系统包括水压传感器、水温传感器、应力传感器、应变传感器、位移传感器、渗透压传感器、特征离子传感器，通过传感器与矿井水及钻孔壁的耦合测量水压、水温、应力、应变、位移的原位信息。依据突水预兆信息原位采集技术，将测量单元和矿井水、钻孔壁的紧密耦合，实现了水压、水温、应力、应变、位移等信息的原位采集，为水害预警提供准确的基础数据。
所述数据采集子系统是由一个或以上的井下数据采集分站组成，分站的数目与原位测量子系统中测量工作点数目相同，每个数据采集分站负责采集一个监测工作点的指标，每个分站设计信号输入通道为32路，同时接驳32路传感器，足以满足一个监测点的监测内容，也可以根据需要方便添加监测内容。如果工作面有多个监测点，可以布置多个数据采集分站。分站采用双CPU工作模式，数据采集和数据通信互不影响，一方面保证了系统的实时性，另一方面即使系统通信故障分站也可独立工作实现数据的不间断采集，把采集数据存入缓存中，其中缓存可以存储1个月的监测数据。数据采集子系统通过通讯系统与原位测量子系统连接，数据采集子系统中每个数据采集分站对应一个监测点，适时采集该监测点的监测信息。
所述数据传输控制子系统是一套运行于地面PC上的软件系统，该子系统通过通讯系统与数据采集子系统连接，实现通讯方式、数据采集间隔、数据采集方式等设置并把相应的设置参数下载到数据采集子系统，同时实现把数据采集子系统采集的信息传输至地面PC上一个数据库中，进行数据换算并更新数据库。数据传输控制子系统与数据采集子系统的通信同时提供数字通信和模拟通信两种形式进行数据传输。正常情况下采用数字通信实现数据高质量的传输，一旦数字通信遭到破坏可以在地面数据传输控制子系统切换为模拟通信方式以保证数据的连续传输。
所述数据及警情发布子系统采用客户/服务器架构C/S，并以GIS为开发平台实现数据图形显示、放大、缩小、漫游等功能。数据及警情发布子系统通过计算机网络与数据传输控制子系统连接，服务器端访问数据传输控制子系统的数据库，并把新数据以约定的格式向各个客户端发布，客户端接收到数据进行适时曲线和数字显示，并把数据带入预警模式，如果出现险情则通过声音、图像、文字、移动通信等多种形式报警。在线的客户端每隔一分钟向服务器端发送“在线确认”数据包。如果服务器端在两分钟内没有收到一个客户端的“在线确认”数据包，则表明该客户端被非法关闭，服务器端会自动断开该客户端的连接。有效减少客户端和服务器端的不良链接，提高了该系统数据发布的效率和稳定性。数据及警情发布子系统数据显示控件的显示范围具有无限可调性，其显示范围是通过一线性方程控制，既可以实现数据的全貌显示，又可以凸显数据的微小变化。数据及警情发布子系统临界值法及人工智能判别技术，建立了高效的预警模式，实现了警情的超前发布。预警模式设置在客户端中，不同的客户端可以根据需要调整报警临界值。
矿井突水灾害监测预警系统的控制方法包括下列步骤：
(1)原位测量子系统实时测量预警指标数据，包括水压、水温、应力、应变、位移；
(2)数据传输控制子系统下载设置参数至数据采集子系统；
(3)数据采集子系统依据设置参数采集原位测量子系统中的测量数据；
(4)数据传输控制子系统把数据采集子系统采集的数据传输至地面PC的数据库中；
(5)数据及警情发布子系统的服务器端访问数据传输控制子系统的数据库，并把最新数据向各个客户端发布。客户端接收到数据进行适时曲线和数字显示，并把数据导入预警模式，如果出现险情则通过声音、图像、文字、移动通信等多种形式报警。
(6)重复(1)(3)、(4)、(5)直至监测预警结束。
附图说明
图1是本发明实施原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实例矿井突水灾害监测预警系统是由两个原位测量子系统1、2、数据采集子系统3、数据传输控制子系统4、数据及警情发布子系统5组成。原位测量子系统由水温传感器11，21、水压传感器12，22、应力传感器13，23、应变传感器14，24、位移传感器15，25组成，数据采集系统由两个采集分站31，32组成，数据及警情发布子系统由服务器端51和客户端52组成。具体实施方式如下：
在煤层底板两个易发生水害事故处施工两个钻孔，第一个钻孔中埋设水温传感器11、水压传感器12、应力传感器13、应变传感器14、位移传感器15组成原位测量子系统1，第二钻孔中埋设水温传感器11、水压传感器12、应力传感器13、应变传感器14、位移传感器15组成原位测量子系统2。原位采集子系统1、2通过通讯系统分别和数据采集子系统3中的数据采集分站31和数据采集分站32连接，数据采集子系统3通过通讯系统和数据传输控制子系统4连接，数据传输控制子系统4和数据及警情发布子系统5通过计算机网络连接。
通过数据传输控制子系统4设置采集方式和传输方式，并把相应设置参数下载至数据采集子系统3，数据采集子系统3就会利用设置的采集方式通过原位测量子系统1、2中的传感器采集数据，并把采集数据依设置传输方式传输到数据传输控制子系统所在计算机的数据库中，数据及警情发布系统5通过访问数据传输控制子系统4及时地把数据发送到各个客户端52，各客户端52接受到数据后会以图形曲线和数字的形式显示出来，并把新到数据导入预置的预警模式，如果有险情就会以图像、声音、移动通信等多种方式发出警情。