一种煤矿井下空气循环系统的制作方法

本发明涉及一种空气循环系统，具体为一种煤矿井下空气循环系统。

背景技术：

煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿，而由于煤矿井下的工作环境较为复杂，容易发生各种安全事故问题。

煤矿井因为处于地下深处，空气流通情况差，同时在煤矿开采过程中会出现地层中有毒气体逸出，且开采所产生的粉尘也导致了井下气体浑浊，严重影响了井下作业工人的身体健康，同时也增加煤矿发生事故的风险。现有的井下空气循环系统虽然能够满足日常生产的需要，但是对于系统的启动时间和工作状态的监测以及维护缺乏相应的处理措施，为此，我们提供一种煤矿井下空气循环系统。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种煤矿井下空气循环系统，通过设置数据监测模块和数据处理模块，对各矿道区域内的各类气体浓度进行分析判断，并根据工作人员数量和矿道区域面积进行需氧量的计算，并根据计算结果对相应矿道区域内的离心式排风扇进行档位设置，可以根据环境内需氧量、矿道区域面积和人员进行合理的档位分配，避免电力资源的浪费，同时也延长了通风装置的使用寿命，节省了生产成本，为通风系统的工作分配提供数据支撑，增强数据说服力度，通过设置数据处理模块和通风控制模块，对矿道内的泄露瓦斯气体和有毒一氧化碳气体进行处理，同时对离心式排风扇对应档位的通风标准流量数据和实际的排风流量数据进行分析计算和比较，判断对应的通风管道是否发生阻塞，使阻塞的通风管道能够得到及时的清理，使煤矿井下通风流畅，提升通风系统的效率，从而提升煤矿生产的安全保证。

本发明所解决的技术问题为：

(1)如何通过设置数据监测模块和数据处理模块，对各矿道区域内的各类气体浓度进行分析判断，并根据工作人员数量和矿道区域面积进行需氧量的计算，并根据计算结果对相应矿道区域内的离心式排风扇进行档位设置，解决现有技术中难以实现的根据实际工作环境和人员配置进行通风控制调节的问题；

(2)如何通过设置数据处理模块和通风控制模块，对矿道内的泄露瓦斯气体和有毒一氧化碳气体进行处理，同时对离心式排风扇对应档位的通风标准流量数据和实际的排风流量数据进行分析计算和比较，判断对应的通风管道是否发生阻塞，解决现有技术中由于通风管道不能得到及时清理而导致的通风设备不能正常使用的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种煤矿井下空气循环系统，包括数据采集模块、数据监测模块、数据存储模块、数据处理模块、通风控制模块、警报反馈模块、互联模块和远程平台；

所述数据采集模块用于实时采集矿井内各矿道区域中的空气含氧量数据、瓦斯浓度数据、一氧化碳浓度数据和空气温度数据，并将其一同传输至数据监测模块，所述数据采集模块还用于定期采集矿井内各矿道区域中的人员个数数据将其传输至数据存储模块；

所述数据存储模块中存储有各矿道区域中通风装置的规格信息和矿井内各矿道区域的面积数据，所述通风装置具体为离心式排风扇，所述规格信息包括排风档位数据以及所处档位所对应的通风标准流量数据，所述数据存储模块中还存储有瓦斯浓度限定数据、一氧化碳浓度限定数据和空气温度限定数据；

所述数据监测模块对接收到的空气含氧量数据、瓦斯浓度数据、一氧化碳浓度数据和空气温度数据进行判断分析，得到瓦斯正常信号、瓦斯异常信号、一氧化碳正常信号、一氧化碳异常信号、温度正常信号、温度异常信号、足氧信号和缺氧信号，并将其与产生该信号的对应矿道区域的编号一同传输至数据处理模块，所述数据监测模块还用于对各矿道区域内的离心式排风扇的排风流量数据进行监测，并将其传送至数据处理模块；

所述数据处理模块对接收到瓦斯正常信号、瓦斯异常信号、一氧化碳正常信号、一氧化碳异常信号、温度正常信号、温度异常信号、足氧信号、缺氧信号和产生该信号的对应矿道区域的编号并对其进行识别处理；

所述通风控制模块接收到泄露排风指令和有毒排风指令，开启对应信号产生的矿道区域的通风装置，并将档位设置到最大，所述通风控制模块接收到换气流量数据时，对其进行排风扇的流量控制操作，并将得到的排风设置档位数据和对应的通风标准流量数据发送至数据处理模块；

所述数据处理模块接收到排风设置档位数据，根据排风设置档位数据从数据存储模块中提取对应的通风标准流量数据，将数据监测模块传输的排风流量数据标记为pli与通风流量标准数据lla一同代入到公式得到通风阻塞系数ε，其中，θ为预设测量误差因子，在数据处理模块中预设有一个阻塞限定系数，当通风阻塞系数小于阻塞限定系数时，判定通风管道通畅，生成管道通畅信号，当通风阻塞系数大于等于阻塞限定系数时，判定通风管道阻塞，生成管道阻塞信号，并将管道通畅信号和管道阻塞信号通过互联模块传输至远程平台；

所述远程平台接收到管道通畅信号和管道阻塞信号并对其进行识别，当识别到管道通畅信号时，不做任何处理，当识别到管道阻塞信号时，远程平台向管道维护人员手机中发送管道清理指令，管道维护人员收到管道清理指令后对相应管道进行清理；

所述警报反馈模块接收到泄露警报信号和有毒警报信号后启动蜂鸣器进行警报，同时进行相应的语音播报提示。

本发明的进一步技术改进在于：所述数据监测模块进行判断分析的具体步骤如下：

步骤一：将获取到的空气含氧量数据标记为0pi，将瓦斯浓度数据标记为gpi，将一氧化碳浓度数据标记为cpi，将空气温度数据标记为ti，从数据存储模块中获取矿井内各矿道区域中的人员个数数据和各矿道面积数据，并分别将其标记为rni和ari，其中，i表示矿井内矿道区域的编号，i＝1,2,3……n1；

步骤二：将人员个数数据与面积数据进行作商计算，得到单位面积内的人员个数并将其标定为人员密度数据rdi，数据监测模块中预设有单位面积人均需氧含量数据并将其标记为ox，利用计算式：区域需氧含量数据＝人员密度数据*单位面积人均需氧含量数据*人员密度影响因子，得到区域需氧含量数据并将其标记为oxpi；

步骤三：从数据存储模块中提取瓦斯浓度限定数据、一氧化碳浓度限定数据和空气温度限定数据，并将瓦斯浓度限定数据标记为gps，将一氧化碳浓度数据标记为cps，将空气温度数据标记为ts，同时进行比较分析，具体如下：

当瓦斯浓度数据小于瓦斯浓度限定数据时，判定对应矿道区域内瓦斯浓度正常，生成瓦斯正常信号，当瓦斯浓度数据大于等于瓦斯浓度限定数据时，判定瓦斯浓度超标时，判定对应矿道区域瓦斯浓度异常，生成瓦斯异常信号；

当一氧化碳浓度数据小于一氧化碳浓度限定数据时，判定对应矿道区域内一氧化碳浓度正常，生成一氧化碳正常信号，当瓦斯浓度数据大于等于瓦斯浓度限定数据时，判定对应矿道区域内一氧化碳浓度超标，生成一氧化碳异常信号；

当空气温度数据小于空气温度限定数据时，判定对应矿道区域内空气温度正常，生成温度正常信号，当空气温度数据大于等于空气温度限定数据时，判定对应矿道区域内空气温度异常，生成温度异常信号；

当空气含氧量数据大于等于区域需氧含量数据时，判定对应矿道区域内的空气含氧量充足，生成足氧信号，当空气含氧量数据小于区域需氧含量数据时，判定对应矿道区域内的空气含氧量不足，生成缺氧信号。

本发明的进一步技术改进在于：所述数据处理模块对信号进行识别处理的具体步骤如下：

a1：当识别到瓦斯正常信号、一氧化碳正常信号、温度正常信号或足氧信号，判定对应矿道区域内空气环境正常，不进行任何处理；

a2：当识别到瓦斯异常信号时，将其转化为泄露警报信号并发送至警报反馈模块，同时根据对应矿道区域的编号，生成泄露排风指令并将其发送至通风控制模块；

a3：当识别到一氧化碳异常信号时，将其转化为有毒警报信号并发送至警报反馈模块，同时根据对应矿道区域的编号，生成有毒排风指令并将其发送至通风控制模块；

a4：当识别到缺氧信号时，根据对应矿道区域的编号从数据监测模块中提取对应矿道区域的面积数据、区域需氧含量数据和空气含氧量数据，并将其代入到公式lt＝(oxpi-opi)*(αari+βrni)，其中，lt表示单位时间内所需要的空气循环流量，并将其标定为换气流量数据，α表示矿道面积影响因子，取值为1.383556，β表示人员数量影响因子，取值为0.9639221，所述数据处理模块将换气流量数据传输至通风控制模块。

本发明的进一步技术改进在于：所述通风控制模块进行流量控制操作的具体步骤如下：

b1：从数据存储模块中提取通风装置的规格信息，并将其内的排风档位数据分别标记为l1、l2、……lj，其中，j表示离心式排风扇的最大档位编号，j＝1,2,3……n2，将所处档位所对应的通风标准流量数据分别标记为ll1、ll2、……llj；

b2：将换气流量数据依次与通风标准流量进行比较，当lla＜lt≤lla+1，则将离心式排风扇的档位设置为la+1，并将其标记为排风设置档位数据，其中1≤a≤j-1。

本发明的进一步技术改进在于：所述互联模块与远程平台进行通信连接，远程平台与管道清理人员手机保持通信连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在使用时，数据监测模块对接收到的空气含氧量数据、瓦斯浓度数据、一氧化碳浓度数据和空气温度数据进行判断分析，得到瓦斯正常信号、瓦斯异常信号、一氧化碳正常信号、一氧化碳异常信号、温度正常信号、温度异常信号、足氧信号和缺氧信号，并将其与产生该信号的对应矿道区域的编号一同传输至数据处理模块，数据监测模块还对各矿道区域内的离心式排风扇的排风流量数据进行监测，并将其传送至数据处理模块，数据处理模块对接收到的瓦斯正常信号、瓦斯异常信号、一氧化碳正常信号、一氧化碳异常信号、温度正常信号、温度异常信号、足氧信号、缺氧信号和产生该信号的对应矿道区域的编号并对其进行识别处理，通风控制模块接收到泄露排风指令和有毒排风指令，开启对应信号产生的矿道区域的通风装置，并将档位设置到最大，通风控制模块接收到换气流量数据时，对其进行排风扇的流量控制操作，并将得到的排风设置档位数据和对应的通风标准流量数据发送至数据处理模块，通过设置数据监测模块和数据处理模块，对各矿道区域内的各类气体浓度进行分析判断，并根据工作人员数量和矿道区域面积进行需氧量的计算，并根据计算结果对相应矿道区域内的离心式排风扇进行档位设置，可以根据环境内需氧量、矿道区域面积和人员进行合理的档位分配，避免电力资源的浪费，同时也延长了通风装置的使用寿命，节省了生产成本，为通风系统的工作分配提供数据支撑，增强数据说服力度；

2、数据处理模块接收到排风设置档位数据，根据排风设置档位数据从数据存储模块中提取对应的通风标准流量数据，将数据监测模块传输的排风流量数据与通风流量标准数据一同进行公式运算，得到通风阻塞系数，在数据处理模块中预设有一个阻塞限定系数，当通风阻塞系数小于阻塞限定系数时，判定通风管道通畅，生成管道通畅信号，当通风阻塞系数大于等于阻塞限定系数时，判定通风管道阻塞，生成管道阻塞信号，并将管道通畅信号和管道阻塞信号通过互联模块传输至远程平台，远程平台接收到管道通畅信号和管道阻塞信号并对其进行识别，当识别到管道通畅信号时，不做任何处理，当识别到管道阻塞信号时，远程平台向管道维护人员手机中发送管道清理指令，管道维护人员收到管道清理指令后对相应管道进行清理，通过设置数据处理模块和通风控制模块，对矿道内的泄露瓦斯气体和有毒一氧化碳气体进行处理，同时对离心式排风扇对应档位的通风标准流量数据和实际的排风流量数据进行分析计算和比较，判断对应的通风管道是否发生阻塞，使阻塞的通风管道能够得到及时的清理，使煤矿井下通风流畅，提升通风系统的效率，从而提升煤矿生产的安全保证。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种煤矿井下空气循环系统，包括数据采集模块、数据监测模块、数据存储模块、数据处理模块、通风控制模块、警报反馈模块、互联模块和远程平台；

所述数据采集模块用于实时采集矿井内各矿道区域中的空气含氧量数据、瓦斯浓度数据、一氧化碳浓度数据和空气温度数据，并将其一同传输至数据监测模块，所述数据采集模块还用于定期采集矿井内各矿道区域中的人员个数数据将其传输至数据存储模块；

所述数据存储模块中存储有各矿道区域中通风装置的规格信息和矿井内各矿道区域的面积数据，所述通风装置具体为离心式排风扇，所述规格信息包括排风档位数据以及所处档位所对应的通风标准流量数据，所述数据存储模块中还存储有瓦斯浓度限定数据、一氧化碳浓度限定数据和空气温度限定数据；

所述数据监测模块对接收到的空气含氧量数据、瓦斯浓度数据、一氧化碳浓度数据和空气温度数据进行判断分析，得到瓦斯正常信号、瓦斯异常信号、一氧化碳正常信号、一氧化碳异常信号、温度正常信号、温度异常信号、足氧信号和缺氧信号，并将其与产生该信号的对应矿道区域的编号一同传输至数据处理模块，所述数据监测模块还用于对各矿道区域内的离心式排风扇的排风流量数据进行监测，并将其传送至数据处理模块；

所述数据处理模块对接收到瓦斯正常信号、瓦斯异常信号、一氧化碳正常信号、一氧化碳异常信号、温度正常信号、温度异常信号、足氧信号、缺氧信号和产生该信号的对应矿道区域的编号并对其进行识别处理；

所述通风控制模块接收到泄露排风指令和有毒排风指令，开启对应信号产生的矿道区域的通风装置，并将档位设置到最大，所述通风控制模块接收到换气流量数据时，对其进行排风扇的流量控制操作，并将得到的排风设置档位数据和对应的通风标准流量数据发送至数据处理模块；

所述数据处理模块接收到排风设置档位数据，根据排风设置档位数据从数据存储模块中提取对应的通风标准流量数据，将数据监测模块传输的排风流量数据标记为pli与通风流量标准数据lla一同代入到公式得到通风阻塞系数ε，其中，θ为预设测量误差因子，在数据处理模块中预设有一个阻塞限定系数，当通风阻塞系数小于阻塞限定系数时，判定通风管道通畅，生成管道通畅信号，当通风阻塞系数大于等于阻塞限定系数时，判定通风管道阻塞，生成管道阻塞信号，并将管道通畅信号和管道阻塞信号通过互联模块传输至远程平台；

所述远程平台接收到管道通畅信号和管道阻塞信号并对其进行识别，当识别到管道通畅信号时，不做任何处理，当识别到管道阻塞信号时，远程平台向管道维护人员手机中发送管道清理指令，管道维护人员收到管道清理指令后对相应管道进行清理；

所述警报反馈模块接收到泄露警报信号和有毒警报信号后启动蜂鸣器进行警报，同时进行相应的语音播报提示。

所述数据监测模块进行判断分析的具体步骤如下：

步骤一：将获取到的空气含氧量数据标记为0pi，将瓦斯浓度数据标记为gpi，将一氧化碳浓度数据标记为cpi，将空气温度数据标记为ti，从数据存储模块中获取矿井内各矿道区域中的人员个数数据和各矿道面积数据，并分别将其标记为rni和ari，其中，i表示矿井内矿道区域的编号，i＝1,2,3……n1；

步骤二：将人员个数数据与面积数据进行作商计算，得到单位面积内的人员个数并将其标定为人员密度数据rdi，数据监测模块中预设有单位面积人均需氧含量数据并将其标记为ox，利用计算式：区域需氧含量数据＝人员密度数据*单位面积人均需氧含量数据*人员密度影响因子，得到区域需氧含量数据并将其标记为oxpi；

步骤三：从数据存储模块中提取瓦斯浓度限定数据、一氧化碳浓度限定数据和空气温度限定数据，并将瓦斯浓度限定数据标记为gps，将一氧化碳浓度数据标记为cps，将空气温度数据标记为ts，同时进行比较分析，具体如下：

当瓦斯浓度数据小于瓦斯浓度限定数据时，判定对应矿道区域内瓦斯浓度正常，生成瓦斯正常信号，当瓦斯浓度数据大于等于瓦斯浓度限定数据时，判定瓦斯浓度超标时，判定对应矿道区域瓦斯浓度异常，生成瓦斯异常信号；

当一氧化碳浓度数据小于一氧化碳浓度限定数据时，判定对应矿道区域内一氧化碳浓度正常，生成一氧化碳正常信号，当瓦斯浓度数据大于等于瓦斯浓度限定数据时，判定对应矿道区域内一氧化碳浓度超标，生成一氧化碳异常信号；

当空气温度数据小于空气温度限定数据时，判定对应矿道区域内空气温度正常，生成温度正常信号，当空气温度数据大于等于空气温度限定数据时，判定对应矿道区域内空气温度异常，生成温度异常信号；

当空气含氧量数据大于等于区域需氧含量数据时，判定对应矿道区域内的空气含氧量充足，生成足氧信号，当空气含氧量数据小于区域需氧含量数据时，判定对应矿道区域内的空气含氧量不足，生成缺氧信号。

所述数据处理模块对信号进行识别处理的具体步骤如下：

a1：当识别到瓦斯正常信号、一氧化碳正常信号、温度正常信号或足氧信号，判定对应矿道区域内空气环境正常，不进行任何处理；

a2：当识别到瓦斯异常信号时，将其转化为泄露警报信号并发送至警报反馈模块，同时根据对应矿道区域的编号，生成泄露排风指令并将其发送至通风控制模块；

a3：当识别到一氧化碳异常信号时，将其转化为有毒警报信号并发送至警报反馈模块，同时根据对应矿道区域的编号，生成有毒排风指令并将其发送至通风控制模块；

a4：当识别到缺氧信号时，根据对应矿道区域的编号从数据监测模块中提取对应矿道区域的面积数据、区域需氧含量数据和空气含氧量数据，并将其代入到公式lt＝(oxpi-opi)*(αari+βrni)，其中，lt表示单位时间内所需要的空气循环流量，并将其标定为换气流量数据，α表示矿道面积影响因子，取值为1.383556，β表示人员数量影响因子，取值为0.9639221，所述数据处理模块将换气流量数据传输至通风控制模块。

所述通风控制模块进行流量控制操作的具体步骤如下：

b1：从数据存储模块中提取通风装置的规格信息，并将其内的排风档位数据分别标记为l1、l2、……lj，其中，j表示离心式排风扇的最大档位编号，j＝1,2,3……n2，将所处档位所对应的通风标准流量数据分别标记为ll1、ll2、……llj；

b2：将换气流量数据依次与通风标准流量进行比较，当lla＜lt≤lla+1，则将离心式排风扇的档位设置为la+1，并将其标记为排风设置档位数据，其中1≤a≤j-1。

所述互联模块与远程平台进行通信连接，远程平台与管道清理人员手机保持通信连接。

工作原理：本发明在使用时，首先，数据采集模块实时采集矿井内各矿道区域中的空气含氧量数据、瓦斯浓度数据、一氧化碳浓度数据和空气温度数据，并将其一同传输至数据监测模块，数据采集模块还定期采集矿井内各矿道区域中的人员个数数据将其传输至数据存储模块，数据监测模块对接收到的空气含氧量数据、瓦斯浓度数据、一氧化碳浓度数据和空气温度数据进行判断分析，得到瓦斯正常信号、瓦斯异常信号、一氧化碳正常信号、一氧化碳异常信号、温度正常信号、温度异常信号、足氧信号和缺氧信号，并将其与产生该信号的对应矿道区域的编号一同传输至数据处理模块，数据监测模块还对各矿道区域内的离心式排风扇的排风流量数据进行监测，并将其传送至数据处理模块，数据处理模块对接收到的瓦斯正常信号、瓦斯异常信号、一氧化碳正常信号、一氧化碳异常信号、温度正常信号、温度异常信号、足氧信号、缺氧信号和产生该信号的对应矿道区域的编号并对其进行识别处理，通风控制模块接收到泄露排风指令和有毒排风指令，开启对应信号产生的矿道区域的通风装置，并将档位设置到最大，通风控制模块接收到换气流量数据时，对其进行排风扇的流量控制操作，并将得到的排风设置档位数据和对应的通风标准流量数据发送至数据处理模块，数据处理模块接收到排风设置档位数据，根据排风设置档位数据从数据存储模块中提取对应的通风标准流量数据，将数据监测模块传输的排风流量数据与通风流量标准数据一同进行公式运算，得到通风阻塞系数，在数据处理模块中预设有一个阻塞限定系数，当通风阻塞系数小于阻塞限定系数时，判定通风管道通畅，生成管道通畅信号，当通风阻塞系数大于等于阻塞限定系数时，判定通风管道阻塞，生成管道阻塞信号，并将管道通畅信号和管道阻塞信号通过互联模块传输至远程平台，远程平台接收到管道通畅信号和管道阻塞信号并对其进行识别，当识别到管道通畅信号时，不做任何处理，当识别到管道阻塞信号时，远程平台向管道维护人员手机中发送管道清理指令，管道维护人员收到管道清理指令后对相应管道进行清理，警报反馈模块接收到泄露警报信号和有毒警报信号后启动蜂鸣器进行警报，同时进行相应的语音播报提示。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。