一种矿井灾害综合监测预警系统及构建方法与流程

本发明涉及矿井安全应急领域，具体涉及一种矿井灾害综合监测预警系统，还涉及一种矿井灾害综合监测预警系统的构建方法。

背景技术：

1、伴随着矿山大规模智慧制造项目的建设，许多新技术、新工艺、新材料，新设备等在矿山得到了广泛应用，传统矿山逐步朝着“机械化换人、自动化减人、智能化无人”的趋势发展。传统产业与工业互联网的深度融合，矿山生产方式也在不断演化，导致作业环境条件、作业流程和工序产生了显著变化，进而衍生出许多新的安全风险。

2、各类监测监控设施是矿山风险防控体系的基础，其组成结构复杂，布设分散，工况环境不一、关联度低，无法在出现事故隐患时做出准确的监测和合理的联动预警。因此，实现被监测灾害或设备状态的实时感知、数据分析及联动预警、智能辅助决策等协同化是非煤矿山事故防控的发展趋势。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现今矿山企业各类监测设备由于安装点位分散性、监测指标单一性、预警分析不确定性等多种弊端造成对灾害风险预警不及时、不准确，无法实现对井下风险的联动预警和分级管控。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种矿井灾害综合监测预警系统。

3、一种矿井灾害综合监测预警系统，包括前端监测系统，前端监测系统包括实时在线监测单元，后台预警系统包括预警模型计算单元和三维场景展示单元，

4、实时在线监测单元包括火灾在线监测模块、水灾在线监测模块、地压在线监测模块和提升机在线监测模块，

5、火灾在线监测模块，包括co传感器和烟雾传感器；

6、水灾在线监测模块，包括管道流量计和液位计；

7、地压在线监测模块，包括应力计、位移计和声发射监测仪；

8、提升机在线监测模块，包括ai智能摄像头和闸瓦间隙智能监测仪。

9、如上所述三维场景展示单元包括巷道模型和通风系统模型，

10、巷道模型由以下方式构建：将井下巷道系统图转化为cad单线图，导入至ventsim三维模拟软件，生成三维实体的巷道模型；

11、通风系统模型通过以下方式构建：给所述的巷道模型进行实际巷道通风参数赋值，生成通风系统模型，实际巷道通风参数包括矿井通风方式、进风量、回风量、风阻、通风路径和通风机位置、型号。

12、如上所述预警模型计算单元包括地压预警模型，

13、地压预警模型根据声发射监测仪获取的声发射事件数和声发射能率，当测量的声发射事件数大于80％的声发射事件数阈值，则发出预警信号，当测量的声发射能率大于80％的声发射能率阈值，则发出预警信号。

14、如上所述预警模型计算单元还包括火灾预警模型，

15、火灾预警模型获取通风系统模型的实际巷道通风参数和火灾在线监测模块的co传感器和烟雾传感器测量的co浓度和烟雾浓度，在巷道模型中，根据co传感器和烟雾传感器的点位所对应的co和烟雾等有毒有害气体的浓度，分析出co和烟雾的扩散路径、扩散速度及扩散范围，根据相邻的co传感器和烟雾传感器的数据，判断扩散路径和扩散速度，根据co传感器和烟雾传感器的点位获取扩散范围。

16、如上所述预警模型计算单元还包括火灾仿真逃生模型，

17、火灾仿真逃生模型分析co和烟雾的扩散路径、扩散速度及扩散范围，并结合通风系统模型中巷道模型内风向、风速和矿井安全出口方向，确定顺风流扩散方向、扩散速度最小及扩散范围最小且具备矿井安全出口的路径为灾后最优逃生路线。

18、如上所述预警模型计算单元还包括水灾三维计算模型，

19、水灾三维计算模型根据水灾在线监测模块测量的地表降雨量、水仓水位、矿区生产用水管道流量，实时计算出发生水灾时矿井井下水位的变化情况、井下巷道及采场淹没演变过程，并根据矿井各巷道、采场的淹没顺序、淹没速率和进水方向，推断出最优的避难路线。

20、如上所述预警模型计算单元还包括用于对提升机内的人员数量和人物载重进行识别计算的ai识别边缘计算模型。

21、一种权利要求7所述一种矿井灾害综合监测预警系统的构建方法，包括前端监测系统的安装连接和后台预警系统搭建：

22、前端监测系统的安装连接包括以下步骤：

23、在井下炸药库和维修硐室安装co传感器和烟雾传感器，在矿井水仓和生产用水主管道分别安装液位计和管道流量计，在不稳定采场四周区域安装应力计、位移计及声发射监测仪，在马头门和卷扬机房分别装设ai智能摄像头和闸瓦间隙智能监测仪，

24、co传感器、烟雾传感器、液位计、管道流量计、应力计、位移计、声发射监测仪、ai智能摄像头和闸瓦间隙智能监测仪分别与信号采集仪连接，将信号采集仪和串口服务器接通连接，

25、串口服务器与交换机连接，用于将485信号转译成网络信号，

26、将交换机与光纤收发器连接，使网络信号转为光纤信号传输，

27、将光纤收发器和地表服务器连接，

28、后台预警系统搭建包括调试预警模型计算单元和三维场景展示单元。

29、本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

30、在复杂多变的井下生产环境中，该系统能够实时对地压、火灾、水灾和提升机等四大模块的致灾风险参数进行联动捕捉分析，并实现风险量化分级，协助管理人员提升对矿山生产的安全管控和应急决策。

技术特征：

1.一种矿井灾害综合监测预警系统，包括前端监测系统，其特征在于，前端监测系统包括实时在线监测单元，后台预警系统包括预警模型计算单元和三维场景展示单元，

2.根据权利要求1所述一种矿井灾害综合监测预警系统，其特征在于，所述三维场景展示单元包括巷道模型和通风系统模型，

3.根据权利要求2所述一种矿井灾害综合监测预警系统，其特征在于，所述预警模型计算单元包括地压预警模型，

4.根据权利要求3所述一种矿井灾害综合监测预警系统，其特征在于，所述预警模型计算单元还包括火灾预警模型，

5.根据权利要求4所述一种矿井灾害综合监测预警系统，其特征在于，所述预警模型计算单元还包括火灾仿真逃生模型，

6.根据权利要求5所述一种矿井灾害综合监测预警系统，其特征在于，所述预警模型计算单元还包括水灾三维计算模型，

7.根据权利要求6所述一种矿井灾害综合监测预警系统，其特征在于，所述预警模型计算单元还包括用于对提升机内的人员数量和人物载重进行识别计算的ai识别边缘计算模型。

8.一种权利要求7所述一种矿井灾害综合监测预警系统的构建方法，其特征在于，包括前端监测系统的安装连接和后台预警系统搭建：

技术总结
本发明公开了一种矿井灾害综合监测预警系统，包括实时在线监测单元、预警模型计算单元和三维场景展示单元，实时在线监测单元包括火灾在线监测模块、水灾在线监测模块、地压在线监测模块和提升机在线监测模块，三维场景展示单元包括巷道模型和通风系统模型，预警模型计算单元包括地压预警模型、火灾预警模型、火灾仿真逃生模型、水灾三维计算模型、以及AI识别边缘计算模型。本发明在复杂多变的井下生产环境中，该系统能够实时对地压、火灾、水灾和提升机等四大模块的致灾风险参数进行联动捕捉分析，并实现风险量化分级，协助管理人员提升对矿山生产的安全管控和应急决策。

技术研发人员：黄宁,杨宏敏,俞雄志,董承旺,尹里刚,金海春
受保护的技术使用者：中钢集团武汉安全环保研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15