本发明属于煤矿安全监测技术领域，涉及一种用于实现矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警的系统。
背景技术：
目前，我国矿井通风瓦斯监测相关的监测点设置较少，无法对整个矿井进行有效的监测，主要靠人工巡检；但由于日常瓦斯巡检工作量大、效率低、可靠性差，并且不具有同时性，无法对全矿井空间瓦斯分布情况进行实时全面地把控，往往是在事故发生后才发现事故地点安全隐患；因此，应采取有效手段以监控煤矿井下巷道瓦斯分布实时动态对及时消除重大安全隐患，对避免重大事故的发生具有重大意义，是矿井安全生产的重要技术保障。
因此，有必要研究出一种矿井巷道瓦斯分布动态云图生方法，能够实现快速、实时计算井下巷道瓦斯分布情况，为在线监测预警提供良好的数据支撑。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的之一是提供矿井巷道瓦斯分布动态云图生成方法，通过实时监测全矿井巷道瓦斯分布情况，达到及时发现和消除煤矿重大安全生产隐患，避免煤矿重大事故的目的；本发明的目的之二是提供一种用于矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警的系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警方法，该方法包括以下步骤：
s1：在井下关键区域安装井下监测设备，监测设备将获取到的监测数据传输到地面监控中心；
s2：根据监测地点监测到的风速、风压数据，代入建立的通风网络动态解算模型，进行动态解算，获取井下实时风量分配数据；
s3：根据监测地点监测到的瓦斯浓度数据，综合井下实时风量分配，带入巷道瓦斯分布计算模型中解算，获得井下实时巷道瓦斯浓度分布，在地面监控中心显示装置上显示巷道瓦斯浓度分布云图；分析井下通风瓦斯系统中可能存在的安全隐患，给出报警。
进一步，所述步骤s2中所述的通风网络动态解算模型通过以下步骤得到：
s21：假设巷道中的风流在巷道断面内的性质是均匀的，即假设为一维流体流动；获得矿井风网，选择风阻较小的分支作为树枝，选择风阻较大的分支作为弦，构成风网最小树；
s22：确立独立网孔或回路数目，选择独立网孔或回路，拟定各分支初始风量，求解校正值δq,其计算方程为:
进一步，所述步骤s22中，在通风网络动态解算模型通中，计算具有风速传感器的巷道时，将其假定为固定风量巷道，巷道风量值q＝60*vs，式中：v为监测风速，单位为：m/s；s为巷道断面,单位为：m2；在风网中设定为余树；计算具有风流压力传感器的巷道时，将其假定为固定风压巷道，在风网中设定为普通分支。
进一步，所述步骤s3中所述的矿井巷道瓦斯分布计算模型，基于矿井通风网络构成；计算模型基于质量守恒原理，即单位时间内节点流入瓦斯质量与流出瓦斯质量相等，得出单个节点流出瓦斯浓度计算公式：
进一步，将步骤s3中计算出的各巷道瓦斯浓度，通过设置浓度区间颜色在矿井示意图上进行动态显示。
进一步，该预警类型包括：
1)巷道瓦斯浓度超限预警：巷道瓦斯浓度预警依据实时监测、解算的全矿井各分支巷道瓦斯浓度，当瓦斯浓度超过设置的报警浓度时进行报警；
2)巷道瓦斯燃烧、爆炸预警：利用生成的巷道瓦斯浓度分布云图，结合有发火和爆炸危险性的关键巷道区域，对矿井瓦斯燃烧、爆炸进行灾害报警，并基于风网计算灾变后有害气体影响的矿井区域范围。
矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警系统，该系统包括：
井下监测设备，用于安装在井下关键区域，采集井下关键区域的瓦斯、风速、风压实时监控数据；
综合监控设备，用于接收各点矿井监测设备获取的实时监测数据，传输至地面监控中心；
地面监控中心，用于接收综合监控设备传输的井下实时数据，通过对实时监控风量数据进行通风网络动态解算获取全矿井巷道通风量分配，基于此风量数据，代入实时监测的关键区域瓦斯数据进行瓦斯分布计算，得到全矿井巷道瓦斯分布后在显示设备上显示全矿井巷道瓦斯浓度分布云图。
进一步，所述井下监测设备包括：风速传感器、风流压力传感器和甲烷传感器；所述井下关键区域包括：矿井及各采盘/区的各主要进回风巷道、采掘工作面、硐室等；所述地面监控中心包括用于动态显示各监测点的风量、风压、瓦斯浓度变化及实时值的系统显示装置。
本发明的有益效果在于：
本发明能根据不断获取的井下动态监测数据进行动态计算，并实时绘制矿井巷道瓦斯分布云图；便于通风瓦斯管理人员实时了解井下瓦斯分布情况；同时实现井下巷道瓦斯浓度超限预警，对有发火、爆炸危险源地点进行实时重点监控；为矿井通风瓦斯安全管理及安全生产提供科学管理工具和先进技术手段。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的方法步骤示意图；
图2为本发明系统数据框架图；
图3为本发明的架构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明首先提供了一种矿井巷道瓦斯分布动态云图生成方法及分析预警方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：是在井下关键巷道安装监测设备，由监测设备将监测到的数据传输到地面监控中心；
步骤二：根据监测地点监测到的风速、风压数据，代入建立的通风网络解算模型，动态解算，获取井下实时风量分配情况；
步骤三：根据监测地点监测到的瓦斯浓度数据，综合井下实时风量分配，带入巷道瓦斯分布计算模型中解算，获得井下实时巷道瓦斯浓度分布，分析井下通风瓦斯系统中可能存在的安全隐患，给出报警；方法数据流程框架图如图2所示。
在步骤一中，所述的井下关键区域安装井下监测设备，井下关键区域包括各矿井及各采(盘)区各主要进回风巷道、采掘工作面、硐室等，井下监测设备包括：风速传感器、风流压力传感器和甲烷传感器。
在步骤二中，所述的通风网络动态解算模型中解算全矿井实时风量，通过以下步骤得到：
步骤1：假设巷道中的风流在巷道断面内的性质是均匀的，即假设为一维流体流动；获得矿井风网、选择风阻较小的分支作为树枝，选择风阻较大的分支为弦,构成风网最小树；
步骤2：确立独立网孔或回路数目，选择独立网孔或回路，拟定各分支初始风量，求解校正值δq,其计算方程为:
所述通风网络动态解算模型中，计算具有风速传感器的巷道时，将其设假定为固定风量巷道，巷道风量值q＝60*vs，式中：v为监测风速,单位为m/s；s为巷道断面，单位为m2，在风网中设定为余树；计算具有压力传感器的巷道时，将其设假定为固定风压巷道，在风网中设定为普通分支。
在步骤三中，所述的矿井巷道空间瓦斯分布计算模型，其特征在于：基于矿井通风网络，构成矿井巷道空间瓦斯分布计算模型，计算模型基于质量守恒原理，即单位时间内节点流入瓦斯质量与流出瓦斯质量相等。可得出单个节点流出瓦斯浓度计算公式：
所述的分析预警方法，将计算出的各巷道瓦斯浓度，通过设置浓度区间颜色在矿井示意图上进行动态显示。
所述报警类型包括：
1)巷道瓦斯浓度预警
巷道瓦斯浓度预警是实时监测全矿井各分支巷道瓦斯浓度，巷道允许瓦斯浓度按相关规范取值见表1，当瓦斯浓度超过上限时进行报警；
表1巷道中的允许瓦斯浓度
2)关键区域火灾、爆炸预警
利用生成的巷道瓦斯云图，设置井下具有发火危险性的关键巷道区域，对矿井火灾、爆炸进行灾害报警，并基于风网计算灾变后有害气体影响的矿井区域。
如图3所示，本发明的一种矿井巷道瓦斯分布动态云图生成及分析预警系统，包括以下组成部分：
井下监测设备，用于安装在井下关键区域，采集井下瓦斯、风速、风压实时监控数据；
综合监控设备，用于接收各点矿井监测设备获取的实时监测数据，传输至地面监控中心；
地面监控中心，用于接收综合监控设备传输的井下实时数据，通过对实时监控风量数据进行风网动态解算获取全矿井巷道通风量分配，基于此风量数据，代入实时监测的关键区域瓦斯数据进行瓦斯分布计算，得到全矿井巷道瓦斯分布后在显示设备上显示全矿井巷道瓦斯分布云图。
所述地面监控中心包括用于动态显示各监测点，风量、风压、瓦斯浓度变化及实时值的系统显示装置。
该系统的投入使用，不仅便于矿井管理人员实时监控全矿井下巷道的巷道瓦斯分布情况；同时实现井下巷道瓦斯分布情况、主要地点瓦斯浓度安全状况的预警，为矿井通风安全管理及安全生产提供科学管理工具和先进技术手段。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。