一种煤矿井下综合自动化系统的制作方法

本发明涉及煤矿自动化技术领域，尤其涉及一种煤矿井下综合自动化系统。

背景技术：

煤炭作为一种常规的矿物能源，对国民经济和社会发展有着不可替代的重要作用。煤炭生产历史悠久，但煤矿的安全生产一直是一个世界性难题。煤矿生产由于具有难以进行现场管理、工作面不断变化以及地下水和煤层分布复杂性等特殊原因，客观上造成煤矿安全生产管理的诸多困难。我国是产煤大国，但就自然条件来看，我国煤层的赋存条件普遍不理想，绝大多数的矿井条件恶劣，不同程度地受到了瓦斯、顶板、透水等自然灾害的威胁，是导致煤矿安全事故频发的客观条件。 随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高，煤矿安全监测监控系统普遍应用于国内大小煤矿中。煤矿井下综合自动化系统，能够大大地提高矿井安全生产水平和安全生产管理效率，是提高生产效率预防煤矿安全事故的有效途径。传统的煤矿井下系统只能对所监测的环境参数发生超限时进行简单处理，缺乏对安全数据的综合分析和实时预测功能，与煤矿安全高效生产的现实需求存在较大差距。

所以，提供一种同时具备生产高效性和安全性的煤矿井下综合自动化系统成为我们要解决的问题。

技术实现要素：

为解决背景技术中的问题，本发明提出了一种煤矿井下综合自动化系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种煤矿井下综合自动化系统，包括自动化系统本体，所述自动化系统本体包括现场设备层、网络层和应用层，所述现场设备层、网络层和应用层均与自动化系统本体电性连接，所述现场设备层和应用层均与网络层通过无线连接，所述现场设备层包括相互固定连接的监测装置、传输设备、采矿设备、运输设备、照明设备、通风设备、温控设备和湿控设备，所述监测装置包括相互固定连接的防火瓦斯检测器、一氧化碳监测器、顶板压力监测器、超声液位传感器及投入式液位传感器、与电机连接的电机电流传感器和电机转子温度传感器、与水泵连接的水泵轴承温度传感器和水泵出口压力传感器、与排水管连接的流量传感器、与电磁阀和电动闸阀连接的阀门开度传感器以及真空传感器；所述传输设备层用于全面获取和感知井下系统的静态数据和动态数据，实现现场动态信息的监测、检测、采集以及相关设备状态的有效控制，为所述系统的应用层的构建及系统应用提供重要的数据支撑和数据来源，所述传输设备层包括基础数据采集设备、监测及检测设备和现场业务处理移动终端，所述传输设备采集的数据包括基础数据、设施监测及检测数据和业务管理数据；

所述网络层位于所述系统的中间层，是联系监控中心与各个现场站点之间的纽带，可根据实际情况采用有线通讯或无线通讯或两者结合的方式，通过现有的有线网或无线网网络，将现场设备层的数据上传到监控中心，同时将监控中心的指令下发，实现应用层与感知层之间信息双向传输；

所述应用层位于所述系统的最顶层，所述应用层可实现井下资产管理、井下在线监测、井下业务管理以及井下决策分析，包括数据库及管理控制系统，其通过网络层接收现场设备层采集到的井下环境和人员信息，管理控制系统负责对数据进行分析处理，同时判断自动控制条件及报警条件，如果满足，则通过网络层向控制报警模块发送相应的指令，数据库负责对数据进行存储；主要实现对现场设备层采集的并通过网络层传输的数据的管理，同时基于数据统计分析方法和井下流体力学、空气动力学模型进行数据汇总分析和深度挖掘，以指导井下系统的管理与运营维护，并最终形成井下系统的智能化管理。

优选的，所述现场设备层位于系统的最底层，还包括传输设备层组成，用于全面获取和感知井下系统的静态数据和动态数据，实现现场动态信息的监测、检测、采集以及相关设备状态的有效控制，为所述系统的应用层的构建及系统应用提供重要的数据支撑和数据来源。

优选的，当井下现场设备层的运行状态在应用层中判断为故障时，所述应用层将正常运行模型中的参数传输至所述现场设备层，所述应用层预设现场设备层的运行参数阈值和关键部位阈值；所述应用层根据一段时间内的运行参数和传感器信号，预测下一段时间内的运行参数和传感器信号，并将所述预测的运行参数和传感器信号与运行参数阈值和关键部位阈值相比较，从而生成故障预警，所述现场设备层的运行参数包括电机、现场设备结构、传输设备、采矿设备、运输设备、照明设备、通风设备、温控设备、湿控设备的运行参数，应用层根据运行参数和传感器信号进行载荷谱分析和应力谱分析、故障模型、寿命预估、预防性维修分析、音频分析。

优选的，所述现场设备层还包括主动视频监控单元，所述主动视频监控单元将具有多媒体传感器的物联网节点部署在井下的重要位置处，通过事件触发或时间驱动机制主动监测井下失信行为，并通过井下网络将数据传输至井上，对失信行为进行主动监测。

采用本发明所述的煤矿井下综合自动化系统系统，具有以下有益效果：（1）本发明的煤矿井下综合自动化系统能够将井下的各类信息进行汇总，实现井下相关信息可视化、管控一体化、管理集中化的高效管理模式，改变了井下系统数据资料管理方式分散、不系统，数据不完整、不准确的管理方式；

（2）本发明的煤矿井下综合自动化系统通过现场设备层实时、准确地采集井下系统生产、环境等业务管理数据，并将数据上传至监控中心，实现监控中心与数据采集现场信息的交互和共享，使管理者全面、及时地了解业务现场的详细信息，帮助管理者实现业务过程的全流程、精细化管理，提高业务的处理效率和监管力度；

（3）本发明的煤矿井下综合自动化系统将在线监测数据分析方法和模拟技术的结合，分析井下设备和环境的的运行规律，提升对生产和安全事故的预警和处理能力；通过设定不同分析情景仿真模拟，辅助管理者识别和诊断系统缺陷。

（4）本发明的煤矿井下综合自动化系统具有全面感知、可靠、智能、开放等特征，将所有的井下信息进行汇总，通过有线或无线方式进行数据传输和交互，统一进行数据的维护、分析、处理与应用，实现井下系统的运行监管、科学预警和统一调度，最终实现井下系统的智能化、数字化管理，从而保证井下生产的高效性和安全性。

附图说明

图1为本发明的煤矿井下综合自动化系统结构示意图；

图2为本发明的现场设备层结构示意图；

图3为本发明的监测装置结构示意图。

附图标记中：1.自动化系统；2.现场设备层；3.网络层；4.应用层；21.监测装置；22.传输设备；23.采矿设备；24.运输设备；25.照明设备；26.通风设备；27.温控设备；28.湿控设备；211.防火瓦斯检测器；212.一氧化碳监测器；213.顶板压力监测器；214.超声液位传感器；215.电机电流传感器；216.电机转子温度传感器；217.水泵轴承温度传感器；218.水泵出口压力传感器；219.流量传感器；2110.阀门开度传感器；2111.真空传感器；2112.投入式液位传感器。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-3，一种煤矿井下综合自动化系统，包括自动化系统本体1，自动化系统本体1包括现场设备层2、网络层3和应用层4，现场设备层2、网络层3和应用层4均与自动化系统本体1电性连接，现场设备层2和应用层4均与网络层3通过无线连接，现场设备层2包括相互固定连接的监测装置21、传输设备22、采矿设备23、运输设备24、照明设备25、通风设备26、温控设备27和湿控设备28，的监测装置21包括相互固定连接的防火瓦斯检测器211、一氧化碳监测器212、顶板压力监测器213、超声液位传感器214及投入式液位传感器2112、与电机连接的电机电流传感器215和电机转子温度传感器216、与水泵连接的水泵轴承温度传感器217和水泵出口压力传感器218、与排水管连接的流量传感器219、与电磁阀和电动闸阀连接的阀门开度传感器2110以及真空传感器2111；传输设备22层用于全面获取和感知井下系统的静态数据和动态数据，实现现场动态信息的监测、检测、采集以及相关设备状态的有效控制，为系统的应用层4的构建及系统应用提供重要的数据支撑和数据来源，传输设备22层包括基础数据采集设备、监测及检测设备和现场业务处理移动终端，传输设备22采集的数据包括基础数据、设施监测及检测数据和业务管理数据；

网络层3位于系统的中间层，是联系监控中心与各个现场站点之间的纽带，可根据实际情况采用有线通讯或无线通讯或两者结合的方式，通过现有的有线网或无线网网络，将现场设备层2的数据上传到监控中心，同时将监控中心的指令下发，实现应用层4与感知层之间信息双向传输；

应用层4位于系统的最顶层，应用层4可实现井下资产管理、井下在线监测、井下业务管理以及井下决策分析，包括数据库及管理控制系统，其通过网络层3接收现场设备层2采集到的井下环境和人员信息，管理控制系统负责对数据进行分析处理，同时判断自动控制条件及报警条件，如果满足，则通过网络层3向控制报警模块发送相应的指令，数据库负责对数据进行存储；主要实现对现场设备层2采集的并通过网络层3传输的数据的管理，同时基于数据统计分析方法和井下流体力学、空气动力学模型进行数据汇总分析和深度挖掘，以指导井下系统的管理与运营维护，并最终形成井下系统的智能化管理。

进一步地，现场设备层2位于系统的最底层，还包括传输设备22层组成，用于全面获取和感知井下系统的静态数据和动态数据，实现现场动态信息的监测、检测、采集以及相关设备状态的有效控制，为系统的应用层4的构建及系统应用提供重要的数据支撑和数据来源。

进一步地，当井下现场设备层2的运行状态在应用层4中判断为故障时，应用层4将正常运行模型中的参数传输至现场设备层2，应用层4预设现场设备层2的运行参数阈值和关键部位阈值；应用层4根据一段时间内的运行参数和传感器信号，预测下一段时间内的运行参数和传感器信号，并将预测的运行参数和传感器信号与运行参数阈值和关键部位阈值相比较，从而生成故障预警，现场设备层2的运行参数包括电机、现场设备结构、传输设备22、采矿设备23、运输设备24、照明设备25、通风设备26、温控设备27、湿控设备28的运行参数，应用层4根据运行参数和传感器信号进行载荷谱分析和应力谱分析、故障模型、寿命预估、预防性维修分析、音频分析。

进一步地，现场设备层2还包括主动视频监控单元，主动视频监控单元将具有多媒体传感器的物联网节点部署在井下的重要位置处，通过事件触发或时间驱动机制主动监测井下失信行为，并通过井下网络将数据传输至井上，对失信行为进行主动监测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。