本发明涉及煤矿瓦斯防治领域，尤其涉及一种基于地层施工的电气通信检测预警系统。
背景技术：
从能源需求角度看，我国以煤炭为主的能源格局短时间内不会改变，煤炭比重较长时间内将保持在50%左右，且煤炭开采95%左右以地下井工开采为主。目前，煤炭开采以每年10~20m的速度向深部延伸，深部开采在中东部已逐渐成为常态，并带来了新的煤岩瓦斯动力灾害问题。我国矿井煤岩瓦斯动力灾害最典型的两种表现形式为煤与瓦斯突出和冲击地压，但中东部含瓦斯煤岩动力灾害表现出一种具有冲击倾向性和突出危险性的双重动力学特性，由浅部单一、独立的冲击地压或煤与瓦斯突出转变为复合型，煤岩各种动力灾害之间的相互作用加强，煤岩瓦斯动力灾害特征变得复杂和多样，并已成为煤矿一种主要的、新型的安全危害。复合型煤岩瓦斯动力灾害在孕育、激发、发展等过程中，多种因素相互交织，相互诱发、强化，使得发生的条件更低，灾害强度更大、致灾程度更严重，使得发生机理更为复杂，预测、预警及防治更难。但复合型煤岩瓦斯动力灾害预警预防方面目前只是进行了初步研究或机械的采用煤与瓦斯突出和冲击地压的预警预防技术，尚未形成自己独立的预警预防技术。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种基于地层施工的电气通信检测预警系统，包括：煤层瓦斯地质图编辑模块、数据采集区域划分模块、数据采集模块、服务器；
煤层瓦斯地质图编辑模块用于绘制煤层瓦斯地质图，绘制瓦斯含量分布图，通过煤层瓦斯地质图和瓦斯含量分布图设置传感器位置，获取煤层瓦斯数据信息以及煤层应力信息；
所述数据采集区域划分模块用于将预警区域划分为无冲击危险区、应力集中区三倍距离的无危险区、卡钻危险区、喷孔危险区、响煤炮危险区；
所述数据采集模块用于根据数据采集区域划分模块划分的区域，针对无冲击危险区、应力集中区三倍距离的无危险区、卡钻危险区、喷孔危险区、响煤炮危险区中长时间暴露煤巷四周煤壁面、新暴露煤巷四周煤壁面、工作面新暴露煤壁面、落煤采集瓦斯数据信息；
所述数据采集模块包括：温度传感器、湿度传感器、瓦斯传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、风量传感器、感光传感器、处理器、报警器、通信传输模块；服务器与数据采集模块的通信连接采用有线和无线双重冗余的方式连接；
温度传感器、湿度传感器、瓦斯传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、风量传感器、报警器、通信传输模块分别与处理器连接，温度传感器、湿度传感器、瓦斯传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、感光传感器、风量传感器分别用于将采集的温度、湿度、瓦斯量浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、风量、感光量传输给处理器，处理器将上述数据通过通信传输模块传输给服务器；
所述处理器还用于当煤矿井下瓦斯的浓度达到5%～16%、氧气的浓度＞12%，温度在大于 30°时，处理器控制报警器发出报警信息；当井下瓦斯浓度为 0.5%时，感光传感器感应光亮大于预设值时，处理器控制报警器发出报警信息；当温度传感器感应的温度高于25°时，处理器控制报警器发出报警信息；
一氧化碳传感器设在大巷、采区巷道、煤层、回采工作面、掘进工作面位置，悬挂在巷道顶板顺风的位置，距离顶板不小于0.3m；
抽气装置用于将井下的空气抽至地面，通过气相色谱仪对抽至地面的井下空气进行分析，分析气体组分和浓度，并将分析的气体组分和浓度发送至服务器；
所述服务器用于通过与数据采集模块通信连接，获取井下环境信息，并对井下环境信息，从数据角度同时整合温度、湿度、瓦斯量浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、风量、感光量，通过线路、表格、图形的展现形式进行有机整合，整理形成系统整体的数据信息，按照时间段形成一系统报告，通过梯形图、或曲线图、或图表，通过对数据的可视化管理，让所有数据关键参数醒目地投射到服务器的显示屏上，帮助用户了解井下状况，对井下跟踪管理；
还用于将井下得到的各类原始数据信息与预设的阈值以及往期的数据进行对比，当前数据超出预设的阈值或者与往期数据相比超出往期数据时，进行报警提示，将报警信息形成报警统计，并存储，同时将采集的数据信息、比对信息以及预警信息通过无线网络发送至显示屏、电脑终端、移动终端。
优选地，所述数据采集模块还包括：采集数据处理模块，时间段设置模块；
所述采集数据处理模块用于在预设的时间段内，获取瓦斯浓度平均值作为应力大小依据，并以一段时间内的瓦斯浓度平均值/瓦斯浓度移动平均值的比值作为应力特征指标；
所述时间段设置模块用于根据采掘过程，设置预设时间段，预设时间段为1天，10天、20天、30天。
优选地，所述服务器还用于建立数据信息平台，使用户通过移动终端与建立数据信息平台之间通过WIFI或者zigee或CAN的形式通信连接，共享服务器存储井下数据信息，对矿井进行管理，实现了网络环境透明化，达到高效管理目的。
优选地，所述服务器还用于信息系统建设、信息采集、传输、共享效度管理，建立煤矿物联网系统的信息数据；对矿井的通风系统、采掘系统、供电系统、防火防尘设施，对煤矿各类机电设备的检查、维护、保养工作进行管理；安全监测、水文地质条件监测，对矿井瓦斯、灰尘、湿度、温度条件信息进行监测管理；定位导航分析煤矿的支护系统。
优选地，数据采集模块还包括：电子监控器、X射线衍射仪、振动传感器；
所述电子监控器和X射线衍射仪安装于井下顶板碳层表面，用于监控井下顶板碳层外部大裂痕和内部大裂痕，其中X射线衍射仪将拍摄的衍射图像无线传输至服务器；所述振动传感器安装于井下顶板碳层表面，用于检测因采掘或地震而引起的振动频率，当检测出碳层内部或外部存在大裂痕或振动频率超出设定值时，系统开始报警，并将大裂痕或振动频率上传服务器。
优选地，数据采集模块还包括：地音探头、地音活动实时监测模块、生产判断模块、危险性评价模块；
地音探头设置在具有潜在冲击危险区域布置，每个冲击危险区域布置多个地音探头， 探头安装在锚杆露头位置，探头距离至工作面端头或掘进工作面的迎头距离≥25m，随着工作面的推进，探头交替向前移动；
地音活动实时监测模块用于实时获取地音探头监测的地音信号，自动统计各探头每分钟地音活动的能量和频次；对比监测区域内的两个探头每分钟的地音频次，选取地音频次较低的探头监测到能量和频次作为该分钟内所在监测区域的地音活动能量和频次值；
生产判断模块用于根据监测区域内每分钟的地音活动能量和频次计算每小时或每班次地音活动的能量和频次，同时结合井下是否生产，分别计算得到生产期间或非生产期间的小时或班地音能量和频次异常系数；
危险性评价模块用于选取小时或班地音能量和频次异常系数较大的指标值进行冲击危险性评价。
优选地，所述服务器包括：地质信息数据库、地质业务属性数据库、瓦斯动态预测模块、图纸编辑模块、数据维护模块、煤岩瓦斯动力分析模块、煤岩瓦斯涌出动态预测模块；
地质地理信息数据库用于存储煤矿瓦斯地质地理信息数据；
瓦斯地质业务属性数据库用于存储煤矿瓦斯地质业务属性数据；
瓦斯动态预测模块用于维护和分析现场井下地质地理信息数据和地质业务属性数据；并根据动态预测方法，进行工作面的瓦斯涌出动态预测，预测结果以曲线的形式显示，并对工作面瓦斯涌出超限进行预警，分析工作面涌出超限原因，提供治理措施；
图纸编辑模块用于对数据采集区域划分模块划分的区域形成地理图形，并为用户提供修改以及录入功能，将地理图形数据与业务属性数据存储于储存处理模块；
数据维护模块用于对煤层参数、瓦斯参数、地质构造参数、瓦斯抽采钻孔信息的维护功能，数据存储于瓦斯地质业务属性数据库中，可实现多部门信息共享；
煤岩瓦斯动力分析模块用于维护和动态分析地理图形中各类等值线数据，实现保护层开分析、突出危险区域预测和瓦斯地质信息查询功能；
煤岩瓦斯涌出动态预测模块用于工作面瓦斯涌出动态预测、涌出超限预警分析、超限原因及治理措施智能分析、涌出量的点线查询。
优选地，所述数据采集模块还包括：图像采集器、图像编码器、图像传输模块；
图像采集器用于采集无冲击危险区、应力集中区三倍距离的无危险区、卡钻危险区、喷孔危险区、响煤炮危险区的区域图像；
图像编码器用于对所述区域图像压缩编码，输出压缩区域图像；
图像传输模块用于将压缩区域图像通过防爆交换机发送至地面采集装置，地面采集装置的交换机将压缩区域图像发送至服务器；
服务器还包括：图像解码器、区域图像预设模块、图像人体处理模块、区域图像处理模块；
图像解码器用于对所述压缩区域图像解码，获得所述场景图像；
区域图像预设模块用于设置区域图像的像素灰度阈值、人体灰度上限阈值、人体灰度下限阈值、预设像素数量阈值和预定最少人员数量；
图像人体处理模块用于对无危险区、卡钻危险区、喷孔危险区、响煤炮危险区的区域图像进行火情分析和人体识别分析，将所述区域图像中的各个像素的灰度值与预定像素灰度阈值比较，计算灰度值大于等于预定像素灰度阈值的像素数量，将所述区域图像中灰度值在人体灰度上限阈值和人体灰度下限阈值之间的像素识别并组成人体目标图像，计算人体目标图像的数量；
区域图像处理模块用于在所述瓦斯浓度大于1％时，发出瓦斯提示信号，在所述瓦斯浓度大于1.5％时，发出瓦斯预警信号，在所述瓦斯浓度大于2％时，发出瓦斯报警信号，在所述瓦斯浓度大于5％时，发出瓦斯濒临爆炸信号；在所述像素数量大于预设像素数量阈值时，发出火情报警信号，在所述人体目标图像的数量小于等于预定最少人员数量时，发出现场缺人提示信号；
数据显示模块用于显示每个传感器的传输的数据信息，瓦斯浓度数据信息，区域图像信息，并在接收到瓦斯提示信号、瓦斯预警信号、瓦斯报警信号、瓦斯濒临爆炸信号、火情报警信号、现场缺人提示信号时，实时显示与瓦斯提示信号、瓦斯预警信号、瓦斯报警信号、瓦斯濒临爆炸信号、火情报警信号、现场缺人提示信号分别对应的文字提示信息；在出现瓦斯提示信号、瓦斯预警信号、瓦斯报警信号、瓦斯濒临爆炸信号、火情报警信号、现场缺人提示信号时，实时显示与瓦斯提示信号、瓦斯预警信号、瓦斯报警信号、瓦斯濒临爆炸信号、火情报警信号、现场缺人提示信号时，显示对应的区域位置，并通过无线通信网络发送到维修维护人员的电脑终端、移动终端。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
基于地层施工的电气通信检测预警系统基于煤层瓦斯地质图瓦斯含量分布、煤矿监控系统，通过数学方法处理、系统开发，可解决地质异常区域应力无法测定问题，实现煤岩体相对应力快速、智能测定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于地层施工的电气通信检测预警系统的整体示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
本实施例提供一种基于地层施工的电气通信检测预警系统，如图1所示，包括：煤层瓦斯地质图编辑模块3、数据采集区域划分模块4、数据采集模块2、服务器1；
煤层瓦斯地质图编辑模块3用于绘制煤层瓦斯地质图，绘制瓦斯含量分布图，通过煤层瓦斯地质图和瓦斯含量分布图设置传感器位置，获取煤层瓦斯数据信息以及煤层应力信息；
所述数据采集区域划分模块4用于将预警区域划分为无冲击危险区、应力集中区三倍距离的无危险区、卡钻危险区、喷孔危险区、响煤炮危险区；
所述数据采集模块1用于根据数据采集区域划分模块划分的区域，针对无冲击危险区、应力集中区三倍距离的无危险区、卡钻危险区、喷孔危险区、响煤炮危险区中长时间暴露煤巷四周煤壁面、新暴露煤巷四周煤壁面、工作面新暴露煤壁面、落煤采集瓦斯数据信息；
所述数据采集模块1包括：温度传感器11、湿度传感器12、瓦斯传感器13、一氧化碳传感器14、氧气传感器15、风量传感器16、感光传感器17、处理器18、报警器19、通信传输模块20；服务器1与数据采集模块2的通信连接采用有线和无线双重冗余的方式连接；
温度传感器11、湿度传感器12、瓦斯传感器13、一氧化碳传感器14、氧气传感器15、风量传感器16、感光传感器17、报警器19、通信传输模块20分别与处理器18连接，温度传感器11、湿度传感器12、瓦斯传感器13、一氧化碳传感器14、氧气传感器15、风量传感器16、感光传感器17分别用于将采集的温度、湿度、瓦斯量浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、风量、感光量传输给处理器18，处理器18将上述数据通过通信传输模块传输给服务器1；
所述处理器18还用于当煤矿井下瓦斯的浓度达到5%～16%、氧气的浓度＞12%，温度在大于 30°时，处理器控制报警器发出报警信息；当井下瓦斯浓度为 0.5%时，感光传感器感应光亮大于预设值时，处理器控制报警器发出报警信息；当温度传感器感应的温度高于25°时，处理器控制报警器发出报警信息；
一氧化碳传感器设在大巷、采区巷道、煤层、回采工作面、掘进工作面位置，悬挂在巷道顶板顺风的位置，距离顶板不小于0.3m；
抽气装置用于将井下的空气抽至地面，通过气相色谱仪对抽至地面的井下空气进行分析，分析气体组分和浓度，并将分析的气体组分和浓度发送至服务器；
所述服务器1用于通过与数据采集模块通信连接，获取井下环境信息，并对井下环境信息，从数据角度同时整合温度、湿度、瓦斯量浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、风量、感光量，通过线路、表格、图形的展现形式进行有机整合，整理形成系统整体的数据信息，按照时间段形成一系统报告，通过梯形图、或曲线图、或图表，通过对数据的可视化管理，让所有数据关键参数醒目地投射到服务器的显示屏上，帮助用户了解井下状况，对井下跟踪管理；
还用于将井下得到的各类原始数据信息与预设的阈值以及往期的数据进行对比，当前数据超出预设的阈值或者与往期数据相比超出往期数据时，进行报警提示，将报警信息形成报警统计，并存储，同时将采集的数据信息、比对信息以及预警信息通过无线网络发送至显示屏、电脑终端、移动终端。
本实施例中，所述数据采集模块2还包括：采集数据处理模块，时间段设置模块；
所述采集数据处理模块用于在预设的时间段内，获取瓦斯浓度平均值作为应力大小依据，并以一段时间内的瓦斯浓度平均值/瓦斯浓度移动平均值的比值作为应力特征指标；
所述时间段设置模块用于根据采掘过程，设置预设时间段，预设时间段为1天，10天、20天、30天。
本实施例中，所述服务器1还用于建立数据信息平台，使用户通过移动终端与建立数据信息平台之间通过WIFI或者zigee或CAN的形式通信连接，共享服务器存储井下数据信息，对矿井进行管理，实现了网络环境透明化，达到高效管理目的。
本实施例中，所述服务器1还用于信息系统建设、信息采集、传输、共享效度管理，建立煤矿物联网系统的信息数据；对矿井的通风系统、采掘系统、供电系统、防火防尘设施，对煤矿各类机电设备的检查、维护、保养工作进行管理；安全监测、水文地质条件监测，对矿井瓦斯、灰尘、湿度、温度条件信息进行监测管理；定位导航分析煤矿的支护系统。
本实施例中，数据采集模块2还包括：电子监控器、X射线衍射仪、振动传感器；
所述电子监控器和X射线衍射仪安装于井下顶板碳层表面，用于监控井下顶板碳层外部大裂痕和内部大裂痕，其中X射线衍射仪将拍摄的衍射图像无线传输至服务器；所述振动传感器安装于井下顶板碳层表面，用于检测因采掘或地震而引起的振动频率，当检测出碳层内部或外部存在大裂痕或振动频率超出设定值时，系统开始报警，并将大裂痕或振动频率上传服务器。
本实施例中，数据采集模块2还包括：地音探头、地音活动实时监测模块、生产判断模块、危险性评价模块；
地音探头设置在具有潜在冲击危险区域布置，每个冲击危险区域布置多个地音探头， 探头安装在锚杆露头位置，探头距离至工作面端头或掘进工作面的迎头距离≥25m，随着工作面的推进，探头交替向前移动；
地音活动实时监测模块用于实时获取地音探头监测的地音信号，自动统计各探头每分钟地音活动的能量和频次；对比监测区域内的两个探头每分钟的地音频次，选取地音频次较低的探头监测到能量和频次作为该分钟内所在监测区域的地音活动能量和频次值；
生产判断模块用于根据监测区域内每分钟的地音活动能量和频次计算每小时或每班次地音活动的能量和频次，同时结合井下是否生产，分别计算得到生产期间或非生产期间的小时或班地音能量和频次异常系数；
危险性评价模块用于选取小时或班地音能量和频次异常系数较大的指标值进行冲击危险性评价。
本实施例中，所述服务器1包括：地质信息数据库、地质业务属性数据库、瓦斯动态预测模块、图纸编辑模块、数据维护模块、煤岩瓦斯动力分析模块、煤岩瓦斯涌出动态预测模块；
地质地理信息数据库用于存储煤矿瓦斯地质地理信息数据；
瓦斯地质业务属性数据库用于存储煤矿瓦斯地质业务属性数据；
瓦斯动态预测模块用于维护和分析现场井下地质地理信息数据和地质业务属性数据；并根据动态预测方法，进行工作面的瓦斯涌出动态预测，预测结果以曲线的形式显示，并对工作面瓦斯涌出超限进行预警，分析工作面涌出超限原因，提供治理措施；
图纸编辑模块用于对数据采集区域划分模块划分的区域形成地理图形，并为用户提供修改以及录入功能，将地理图形数据与业务属性数据存储于储存处理模块；
数据维护模块用于对煤层参数、瓦斯参数、地质构造参数、瓦斯抽采钻孔信息的维护功能，数据存储于瓦斯地质业务属性数据库中，可实现多部门信息共享；
煤岩瓦斯动力分析模块用于维护和动态分析地理图形中各类等值线数据，实现保护层开分析、突出危险区域预测和瓦斯地质信息查询功能；
煤岩瓦斯涌出动态预测模块用于工作面瓦斯涌出动态预测、涌出超限预警分析、超限原因及治理措施智能分析、涌出量的点线查询。
本实施例中，所述数据采集模块2还包括：图像采集器、图像编码器、图像传输模块；
图像采集器用于采集无冲击危险区、应力集中区三倍距离的无危险区、卡钻危险区、喷孔危险区、响煤炮危险区的区域图像；
图像编码器用于对所述区域图像压缩编码，输出压缩区域图像；
图像传输模块用于将压缩区域图像通过防爆交换机发送至地面采集装置，地面采集装置的交换机将压缩区域图像发送至服务器；
服务器1还包括：图像解码器、区域图像预设模块、图像人体处理模块、区域图像处理模块；
图像解码器用于对所述压缩区域图像解码，获得所述场景图像；
区域图像预设模块用于设置区域图像的像素灰度阈值、人体灰度上限阈值、人体灰度下限阈值、预设像素数量阈值和预定最少人员数量；
图像人体处理模块用于对无危险区、卡钻危险区、喷孔危险区、响煤炮危险区的区域图像进行火情分析和人体识别分析，将所述区域图像中的各个像素的灰度值与预定像素灰度阈值比较，计算灰度值大于等于预定像素灰度阈值的像素数量，将所述区域图像中灰度值在人体灰度上限阈值和人体灰度下限阈值之间的像素识别并组成人体目标图像，计算人体目标图像的数量；
区域图像处理模块用于在所述瓦斯浓度大于1％时，发出瓦斯提示信号，在所述瓦斯浓度大于1.5％时，发出瓦斯预警信号，在所述瓦斯浓度大于2％时，发出瓦斯报警信号，在所述瓦斯浓度大于5％时，发出瓦斯濒临爆炸信号；在所述像素数量大于预设像素数量阈值时，发出火情报警信号，在所述人体目标图像的数量小于等于预定最少人员数量时，发出现场缺人提示信号；
数据显示模块用于显示每个传感器的传输的数据信息，瓦斯浓度数据信息，区域图像信息，并在接收到瓦斯提示信号、瓦斯预警信号、瓦斯报警信号、瓦斯濒临爆炸信号、火情报警信号、现场缺人提示信号时，实时显示与瓦斯提示信号、瓦斯预警信号、瓦斯报警信号、瓦斯濒临爆炸信号、火情报警信号、现场缺人提示信号分别对应的文字提示信息；在出现瓦斯提示信号、瓦斯预警信号、瓦斯报警信号、瓦斯濒临爆炸信号、火情报警信号、现场缺人提示信号时，实时显示与瓦斯提示信号、瓦斯预警信号、瓦斯报警信号、瓦斯濒临爆炸信号、火情报警信号、现场缺人提示信号时，显示对应的区域位置，并通过无线通信网络发送到维修维护人员的电脑终端、移动终端。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。