煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统及探测方法与流程

本发明属于煤矿安全和智能救灾领域，具体涉及一种煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统及探测方法。

背景技术：

我国煤矿的生产过程中，煤与瓦斯突出灾害在矿山灾害事故中占据较大的比重，煤与瓦斯突出事故的严重性、突发性、以及对事故现场的不了解为煤矿灾后救援带来极大的隐患。煤与瓦斯突出是破碎的煤体与大量的瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出的现象。煤与瓦斯突出是煤矿井下生产的一种重大的灾害，它严重威胁着煤矿的安全生产，具有极大的破坏性。长期以来，在发生煤与瓦斯突出事故之后，由于救援人员对井下灾情难以及时了解，导致救援工作进展缓慢，耽误井下救灾最佳时间，甚至因井下灾情判断失误而对救援人员造成伤害，产生二次事故，极大地降低了救援效率，增加了人员和财产损失。因此，能否对煤与瓦斯突出现场情况进行及时准确了解，成为制约煤矿能否进行及时安全救援的重要因素。

基于以上问题，需要研发一种能够及时准确采集井下煤与瓦斯突出灾害实况，分析事故情况并确定救援最佳时机及指导救援的系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统及探测方法，解决因救援人员对井下灾情难以及时了解或了解不够准确，导致救援工作进展缓慢、耽误井下救灾最佳时间的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，包括无人机地面控制系统、智能无人机、独立无线信号中继装置、机载瓦斯气体传感器、机载粉尘传感器、机载高清摄像系统、机载红外成像系统、机载激光扫描仪、机载高速无线传输系统。该系统通过智能无人机的机载设备自动采集井下煤与瓦斯突出巷道中的瓦斯气体浓度和粉尘浓度、煤与瓦斯突出点位置、突出巷道实时画面、煤与瓦斯突出量、井下受灾人员位置，并将这些采集到的数据通过机载高速无线传输系统经由一个个独立无线信号中继装置自动传递给无人机地面控制系统并对所采集数据进行分析，用分析所得结果指导煤矿井下受灾人员的合理避难地点和地面救灾人员的最佳救灾时机。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统及探测方法，所述的无人机地面控制系统为可视化智能操控平台，包括飞行智能操作模块、无线信号发射接收模块、数据处理模块、图像显示模块；飞行智能操作模块通过发射无线信号控制智能无人机的飞行；无线信号发射接收模块进行控制信号的输出和无人机传输信号的接收；数据处理模块包括数据库子模块和处理子模块，处理子模块对数据进行处理分析得出结果，并将其与数据库子模块进行比对，确定分析结果的正确性；图像显示模块用来显示智能无人机机载设备传输过来的视频画面。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，所述的机载瓦斯气体传感器用来探测井下瓦斯气体浓度，机载粉尘传感器用来探测井下粉尘浓度。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，所述的机载高清摄像系统、机载红外成像系统和机载激光扫描仪用于巷道空间成像。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，所述的机载高速无线传输系统用于将各机载设备所采集的井下数据传送到无人机地面控制系统的数据处理模块。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统的探测方法，采用煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，包括以下步骤：

（1）进入可视化智能操控平台，启动智能无人机，系统自动进行各项机载设备调试状态，调试过程中如果出现问题自动生成故障报警信号；

（2）当确认全系统状态正常时，智能无人机出发，前往事故井口，沿着井筒由自动导航系统导航快速到达井下，到达井下后，激活机载设备，开始进行探测以及信息传输；

（3）智能无人机在井口对应井下位置抛掷一枚独立无线信号中继装置，之后在巷道直线段每隔150~200m抛掷一枚独立无线信号中继装置，在巷道拐角处以及有信号阻隔位置每隔100~150m抛掷一枚独立无线信号中继装置，所有独立无线信号中继装置自被抛掷出即被激活，开始工作；

（4）在巷道中飞行时，所有探测系统同时工作，探测到的瓦斯气体浓度和粉尘浓度信息、现场视频信息、人员位置信息、事故位置信息实时传输至井上，并根据独立无线信号中继装置位置和智能无人机飞行轨迹绘制出路线图，再根据斯气体浓度和粉尘浓度信息确定最佳救援路线图和救援方法，根据事故现场视频判断事故状态，是否有次生灾害，从而确定最佳救援时机；

（5）当在巷道中遇到井下受灾人员时，井上救援人员根据分析找到最佳避难点，并通过灯光及语音引导受灾人员前往；

（6）当完成一次探测任务后，在保障电量能够返航到地面的条件下自动返航；

（7）进行第二次探测任务时，重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）。

附图说明

图1是本发明煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统工作原理图；

图2是本发明无人机地面控制系统工作原理流程图；

图3是本发明智能无人机工作原理流程图。

具体实施方式

如图1～图3所示，煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，包括无人机地面控制系统1、智能无人机2、独立无线信号中继装置4、机载瓦斯气体传感器9、机载粉尘传感器10、机载高清摄像系统11、机载红外成像系统12、机载激光扫描仪13、机载高速无线传输系统14。该系统通过智能无人机2的机载设备自动采集井下煤与瓦斯突出巷道中的瓦斯气体浓度和粉尘浓度、煤与瓦斯突出点7位置、突出巷道实时画面、煤与瓦斯突出量、井下受灾人员位置，并将这些采集到的数据通过机载高速无线传输系统经由一个个独立无线信号中继装置4自动传递给无人机地面控制系统1并对所采集数据进行分析，用分析所得结果指导煤矿井下受灾人员的合理避难地点和地面救灾人员的最佳救灾时机。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统及探测方法，无人机地面控制系统1为可视化智能操控平台，包括飞行智能操作模块15、无线信号发射接收模块16、数据处理模块17、图像显示模块18；飞行智能操作模块15通过发射无线信号控制智能无人机2的飞行；无线信号发射接收模块16进行控制信号的输出和无人机传输信号的接收；数据处理模块17包括数据库子模块和处理子模块，处理子模块对数据进行处理分析得出结果，并将其与数据库子模块进行比对，确定分析结果的正确性；图像显示模块18用来显示智能无人机机载设备传输过来的视频画面。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，机载瓦斯气体传感器9用来探测井下瓦斯气体浓度，机载粉尘传感器10用来探测井下粉尘浓度。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，机载高清摄像系统11、机载红外成像系统12和机载激光扫描仪13用于巷道空间成像。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，机载高速无线传输系统14用于将各机载设备所采集的井下数据传送到无人机地面控制系统1的数据处理模块17。

煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统的探测方法，采用煤与瓦斯突出巷道灾情智能探测系统，包括以下步骤：

（1）进入可视化智能操控平台，启动智能无人机2，系统自动进行各项机载设备调试状态，调试过程中如果出现问题自动生成故障报警信号；

（2）当确认全系统状态正常时，智能无人机2出发，前往事故井口，沿着井筒3由自动导航系统导航快速到达井下，到达井下后，激活机载设备，开始进行探测以及信息传输；

（3）智能无人机在井口对应井下位置抛掷一枚独立无线信号中继装置4，之后在巷道直线段每隔150~200m抛掷一枚独立无线信号中继装置4，在巷道拐角处以及有信号阻隔位置每隔100~150m抛掷一枚独立无线信号中继装置4，所有独立无线信号中继装置4自被抛掷出即被激活，开始工作；

（4）在巷道中飞行时，所有探测系统同时工作，探测到的瓦斯气体浓度和粉尘浓度信息、现场视频信息、人员位置信息、事故位置信息实时传输至井上，并根据独立无线信号中继装置4位置和智能无人机2飞行轨迹绘制出路线图，再根据斯气体浓度和粉尘浓度信息确定最佳救援路线图和救援方法，根据事故现场视频判断事故状态，是否有次生灾害，从而确定最佳救援时机；

（5）当在巷道中遇到井下受灾人员时，井上救援人员根据分析找到最佳避难点，并通过灯光及语音引导受灾人员前往；

（6）当完成一次探测任务后，在保障电量能够返航到地面的条件下自动返航；

（7）进行第二次探测任务时，重复步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）。