矿井突水实时监测预警及逃生引导系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及矿山预警技术领域，特别是指一种矿井突水实时监测预警及逃生引导 系统。
【背景技术】
[0002] 矿井突水灾害是矿业生产中数量多、危害大的重要地质灾害之一。近年来，对于矿 井突水灾害的成因及特征分析已取得巨大进步，然而矿井地质及人工条件交错复杂，无论 从水压、地压、厚度、突水系数、空气湿度、水体成分等诸多因素的独立或组合分析，都不能 很好的建立矿井突水预测模型，实现矿井突水的有效预测。因此原因，尽管矿井突水仿真领 域成果卓越，但仿真前提往往基于人为给定的虚拟突水条件，突水仿真的准确性无法验证， 通过模拟得到的救避险方案也无法在实际生产中得到应用。并且现有的预测方法不能实时 采集矿井突水前后的全程信息，无法构建矿井突水的"大数据"。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种矿井突水实时监测预警及逃生引导系统。
[0004] 该系统包括矿井突水监测预警装置和矿井突水仿真系统，矿井突水监测预警装置 包括主机、从机、交换机和服务器，矿井突水仿真系统宿主于服务器，主机与从机通过数据 信号连接，主机通过交换机与服务器连接。
[0005] 其中，主机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、无线传输模块、存储模块、 蜂鸣器、显示屏，从机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、传输模块、存储模块、传 感器模块、蜂鸣器、引导灯、显示屏，主机和从机防尘防水，从机的传输模块包括无线传输模 块、红外传输模块、RFID模块，从机的传感器模块包括淹没传感器、湿度传感器、温度传感 器、流速传感器。
[0006] 无线传输模块是一种采用无线自组织网络传输技术，以实现从机与主机间相互无 线通信的装置；
[0007] 红外传输模块是一种采用红外线传输技术，以实现从机"特征编码"的查看及修改 的装置；
[0008] RFID模块是一种非接触式的无线射频自动识别技术，以实现井巷人员定位及救援 的装置；
[0009] 存储模块是一种用于存取主机、从机本身及感应器信息的扩展Flash存储，实现 设备失联时数据储存以备找回的装置；
[0010] 淹没传感器是一种导通传感器，平常为断路，淹没时通路，用以确定预设高度是否 被水淹没，监测淹没高度的装置；
[0011] 湿度传感器是一种通过监测环境湿度，以判断挂汗、雾化现象发生的装置；
[0012] 温度传感器是一种通过监测环境温度，以判断接近积水区时空气变冷现象发生的 装置；
[0013] 流速传感器是一种利用霍尔元件通过监测单位时间内叶轮转数间接判断水体流 速的装置；
[0014] 引导灯是一种能够实现方向指引的发光装置，以实现预测突水或发生突水时的救 避险路线指引功能；
[0015] 显示屏是一种能够实现文字显示的液晶显示屏，以实现日常指标信息及突水信息 的显示。
[0016] 利用该系统进行矿井突水实时监测预警的方法为：将拥有唯一特征编码的从机数 据信息录入服务器中，服务器通过矿井突水仿真系统建立矿井三维模型并定位分别拥有唯 一特征编码的从机位置及摆放方向，从机以约定时间间隔将其传感器模块实时监测的矿井 淹没状态、湿度、温度、水体流速及人员信息显示于从机的显示屏并发送给上层主机，上层 主机整合下属各从机信息并通过交换机发送至服务器进行模拟分析；主机、从机若发送数 据失败则分别将数据存储在从机的存储模块和主机的存储模块中以备找回；服务器根据各 组数据进行突水仿真，实现突水发生预警、突水漫延预测及救避险线路规划，并根据新数据 实时进行修正，服务器的模拟及预测结果通过动态仿真显示方式传达给管理者，通过主机 至从机方式反馈控制信号（包括开启主机蜂鸣器、开启从机蜂鸣器、点亮从机逃生方向引 导灯、在从机显示屏显示灾情信息）传达给井下工作人员，井下工作人员携带工卡（工卡内 嵌RFID模块）通过从机定位自身位置，实现常时的到岗管理及突水时的救援。
[0017] 其中，布置从机时按照统一布置规则，明确其引导灯左右指向。每台从机仅对接一 部指定主机进行数据传输，一部主机同时与一部及以上指定从机进行数据传输，各主机共 同通过一部交换机与服务器进行数据传输。主机与从机间采用无线方式进行数据传输，主 机、交换机、服务器间采用有线方式进行数据传输。
[0018] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0019] 上述方案中，将矿井突水指标监测以常设设备形式固定化，消除以往监测随机性、 周期长与人为误差大的缺点；将突水预测与三维仿真技术相结合，不仅提供是否发生突水 的预测结果，更模拟出突水发生后水体漫延的时间和空间结果，进行动态仿真显示；采用无 线自组织网络形式实现主、从机通讯，有效提高井下通讯稳定性与灵活性；矿井突水指标监 测贯穿突水发生前及发生后，可以实现突水情况的实时监测及预测结果的动态修正，避免 由于人为算法缺陷及未知因素导致的预测失误；借助引导灯的指示，将突水救避险线路规 划的结果及时反馈给井下工作人员，发挥救助引导作用；借助已成功传输至服务器的、设备 失联后本身存储可后期找回的突水数据，为矿井突水的"大数据"实现提供了可能。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的矿井突水实时监测预警及逃生引导系统的结构示意图；
[0021] 图2为本发明的矿井突水实时监测预警及逃生引导系统的从机结构示意图；
[0022] 图3为本发明的矿井突水实时监测预警及逃生引导系统的主机结构示意图；
[0023] 图4为本发明实施例1系统的布置示意图；
[0024] 图5为本发明实施例1的I-I剖面结构示意图。
[0025] 其中：1-主机一 ；2_主机二；3-从机一 ；4_从机二；5-从机三；6-从机四；7-从 机五；8-从机六；9-从机七；10-从机八；11-从机九；12-从机十；13-从机十一 ；14_从机 十二；15-从机十三；16-从机十四；17-突水点一；18-突水点二；19-人员一；20-人员二； 21-人员三；22-主井；23-副井一；24-副井二。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0027] 本发明针对现有的矿井突水监测系统并不能实时监测数据信息等问题，提供一种 矿井突水实时监测预警及逃生引导系统。
[0028] 如图1所示，该系统包括矿井突水监测预警装置和矿井突水仿真系统，矿井突水 监测预警装置包括主机、从机、交换机和服务器，矿井突水仿真系统宿主于服务器，主机与 从机通过无线自组织网络数据信号连接，主机通过交换机与服务器连接。
[0029] 如图2所示，从机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、传输模块、存储模 块、传感器模块、蜂鸣器、引导灯、显示屏，其中，传输模块包括无线传输模块、红外传输模 块、RFID模块，感器模块包括淹没传感器、湿度传感器、温度传感器、流速传感器，淹没传感 器是一种导通传感器，平常为断路，淹没时通路，用以确定预设高度是否被水淹没，监测淹 没高度的装置；湿度传感器是一种通过监测环境湿度，以判断挂汗、雾化现象发生的装置； 温度传感器是一种通过监测环境温度，以判断接近积水区时空气变冷现象发生的装置；流 速传感器是一种利用霍尔元件通过监测单位时间内叶轮转数间接判断水体流速的装置。
[0030] 传感器的选取可采用下表1方式：
[0031] 表1传感器选取
[0033] 如图3所示，主机包括外接电源模块、内置电源模块、单片机、无线传输模块、存储 模块、蜂鸣器、显示屏。
[0034] 该系统具体的监测预警方法为：
[0035] 将矿井数字特征录入服务器"矿井突水仿真系统"搭建矿井三维仿真模型，布置各 从机于矿井内，以唯一特征编码为基准将各从机与三维矿井模型建立空间、时间对应关系， 实现三维动态显示。布置从机时按照统一布置规则，明确其引导灯左右指向。每台从机仅 对接一部指定主机进行数据传输，一部主机同时与一部及以上指定从机进