一种煤矿井下采空区的瓦斯分布测量方法

本发明涉及煤矿安全领域，具体涉及一种煤矿井下采空区的瓦斯分布测量方法。

背景技术：

瓦斯事故是煤矿的突出灾害，瓦斯事故和死亡人数占到事故总数的50％以上，如何预防、消除瓦斯事故是一个非常重要的研究课题。

在煤矿井下采煤作业过程中，煤层中的瓦斯气体就会释放出来，一部分瓦斯气体随着煤炭运输、井下通风而排出，而一部分瓦斯气体会遗留在采空区，并在采空区储存集聚，使瓦斯的浓度增大，存在很大的安全隐患，而采空区内瓦斯的分布是制定采空区瓦斯治理措施的依据，因此，如何实现采空区内瓦斯分布的测量是十分重要的。

由于井下采空区人员无法达到，对煤矿井下采空区的瓦斯分布测量显得十分困难，目前测量方法较少，同时还存在测量准确性差的问题，无法掌握真实的瓦斯分布规律，给治理采空区瓦斯带来了困难。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种煤矿井下采空区的瓦斯分布测量方法，可以实现煤矿井下采空区内瓦斯分布情况的精准测量，并绘制对应的采空区瓦斯浓度分布图，为采空区瓦斯治理措施的制定提供依据。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种煤矿井下采空区的瓦斯分布测量方法，包括如下步骤：

s1、基于蛇形机械手实现采空区形状、尺寸的测量，实现采空区三维立体图的构建；

s2、基于采空区形状和尺寸的测量结果实现采空区瓦斯传感器布置地图的编制；

s3、基于蛇形机械手根据预设的瓦斯传感器布置地图实现采空区瓦斯传感器节点的布置；

s4、同步唤醒所有瓦斯传感器，基于瓦斯传感器节点实现采空区内瓦斯浓度的监测，瓦斯传感器节点将采集到的瓦斯浓度数据经无线网络反馈至智能终端；

s5、智能终端接收并完成瓦斯浓度数据的处理分析，输出对应的采空区瓦斯浓度分布图。

进一步地，采矿车或采矿机上需配置用于安装所述蛇形机械手的安装座。

进一步地，各个瓦斯传感器节点通过zigebee模块以自组网的方式与智能终端连接起来，形成一个有效的内部网络；瓦斯传感器节点将采集到的瓦斯浓度数据经内部网络以无线的方式传输至智能终端，智能终端接收并完成瓦斯浓度数据的处理分析，输出对应的采空区瓦斯浓度分布图。

进一步地，所述瓦斯传感器节点包括镂空状的柱形外壳、内载于柱形外壳内的瓦斯传感器节点以及与柱形外壳一体成型的螺纹杆和u形拉钩，瓦斯传感器节点通过螺纹杆安装在采空区的内壁上。

进一步地，还包括通过蛇形机械手实现瓦斯传感器节点回收的步骤，回收时，通过蛇形机械手夹持组u形拉钩，然后转动瓦斯传感器节点，直至螺纹杆与采空区的内壁完全脱离。

进一步地，所述蛇形机械手由蛇形机械臂以及通过旋转座安装在蛇形机械臂首端的夹持机械手构成，所述蛇形机械臂由若干呈首尾连接的机械单元及位于机械单元之间的舵机组件构成，且夹持机械手、每个机械单元均内载三维姿态传感器，基于三维姿态传感器所采集到的姿态数据实现当前夹持机械手所在位置的定位。

进一步地，所述夹持机械手上安装有红外摄像头，所述旋转座上安装有红外线光幕组，基于红外线光幕实现采空区形状、尺寸的测量。测量时，旋转座旋转带动红外线光幕旋转实现采空区的全方位检测。

本发明可以实现煤矿井下采空区内瓦斯分布情况的精准测量，并绘制对应的采空区瓦斯浓度分布图，为采空区瓦斯治理措施的制定提供依据，同时整个布置、回收过程均由蛇形机械手完成，安全性高。

附图说明

图1为本发明实施例1一种煤矿井下采空区的瓦斯分布测量方法的流程图。

图2为本发明实施例2一种煤矿井下采空区的瓦斯分布测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种煤矿井下采空区的瓦斯分布测量方法，包括如下步骤：

s1、基于蛇形机械手实现采空区形状、尺寸的测量，实现采空区三维立体图的构建；

s2、基于采空区形状和尺寸的测量结果实现采空区瓦斯传感器布置地图的编制；编制时，按照预设的阀值在采空区三维立体图上实现瓦斯传感器布置位置的标记，即得瓦斯传感器布置地图；

s3、基于蛇形机械手根据预设的瓦斯传感器布置地图实现采空区瓦斯传感器节点的布置；智能终端首先根据瓦斯传感器布置地图实现蛇形机械手行走路径的规划，然后驱动蛇形机械手按照规划所得的行走路径实现瓦斯传感器节点的一一布置；

s4、同步唤醒所有瓦斯传感器，基于瓦斯传感器节点实现采空区内瓦斯浓度的监测，瓦斯传感器节点将采集到的瓦斯浓度数据经无线网络反馈至智能终端；每个瓦斯传感器节点均内载一定时模块，基于定时模块实现瓦斯传感器的唤醒操作；

s5、智能终端接收并完成瓦斯浓度数据的处理分析，输出对应的采空区瓦斯浓度分布图，所述采空区瓦斯浓度分布图包括采空区三维立体图及每个瓦斯传感器节点所采集到的瓦斯浓度值。

本实施例中，采矿车或采矿机上需配置用于安装所述蛇形机械手的安装座，蛇形机械手通过安装座安装在采矿车或采矿机上。

本实施例中，各个瓦斯传感器节点通过zigebee模块以自组网的方式与智能终端连接起来，形成一个有效的内部网络；瓦斯传感器节点将采集到的瓦斯浓度数据经内部网络以无线的方式传输至智能终端，智能终端接收并完成瓦斯浓度数据的处理分析，输出对应的采空区瓦斯浓度分布图。

本实施例中，所述瓦斯传感器节点包括镂空状的柱形外壳、内载于柱形外壳内的瓦斯传感器节点以及与柱形外壳一体成型的螺纹杆和u形拉钩，瓦斯传感器节点通过螺纹杆安装在采空区的内壁上。布置时，通过蛇形机械手夹持组u形拉钩，然后转动瓦斯传感器节点，直至螺纹杆完全转入采空区的内壁，即完成安装。

本实施例中，所述蛇形机械手由蛇形机械臂以及通过旋转座安装在蛇形机械臂首端的夹持机械手构成，所述蛇形机械臂由若干呈首尾连接的机械单元及位于机械单元之间的舵机组件构成，且夹持机械手、每个机械单元均内载三维姿态传感器，基于三维姿态传感器所采集到的姿态数据实现当前夹持机械手所在位置的定位。

本实施例中，所述夹持机械手上安装有红外摄像头，所述旋转座上安装有红外线光幕组，基于红外线光幕实现采空区形状、尺寸的测量。测量时，旋转座旋转带动红外线光幕旋转实现采空区的全方位检测。

本实施例中，为了避免蛇形机械手来回的取用瓦斯传感器节点，可配置两个蛇形机械手，其中一个用于实现瓦斯传感器节点的安装，另一个用于实现放置有瓦斯传感节点的储物篮的悬挂，采用跟踪运行模式，用于协助完成瓦斯传感器节点的安装。

实施例2

如图2所示，本发明实施例提供了一种煤矿井下采空区的瓦斯分布测量方法，包括如下步骤：

s1、基于蛇形机械手实现采空区形状、尺寸的测量，实现采空区三维立体图的构建；

s2、基于采空区形状和尺寸的测量结果实现采空区瓦斯传感器布置地图的编制；

s3、基于蛇形机械手根据预设的瓦斯传感器布置地图实现采空区瓦斯传感器节点的布置；

s4、同步唤醒所有瓦斯传感器，基于瓦斯传感器节点实现采空区内瓦斯浓度的监测，瓦斯传感器节点将采集到的瓦斯浓度数据经无线网络反馈至智能终端；

s5、智能终端接收并完成瓦斯浓度数据的处理分析，输出对应的采空区瓦斯浓度分布图；

s6、通过蛇形机械手实现瓦斯传感器节点回收，回收时，通过蛇形机械手夹持组u形拉钩，然后转动瓦斯传感器节点，直至螺纹杆与采空区的内壁完全脱离。

本实施例中，采矿车或采矿机上需配置用于安装所述蛇形机械手的安装座，蛇形机械手通过安装座安装在采矿车或采矿机上。

本实施例中，各个瓦斯传感器节点通过zigebee模块以自组网的方式与智能终端连接起来，形成一个有效的内部网络；瓦斯传感器节点将采集到的瓦斯浓度数据经内部网络以无线的方式传输至智能终端，智能终端接收并完成瓦斯浓度数据的处理分析，输出对应的采空区瓦斯浓度分布图。

本实施例中，所述瓦斯传感器节点包括镂空状的柱形外壳、内载于柱形外壳内的瓦斯传感器节点以及与柱形外壳一体成型的螺纹杆和u形拉钩，瓦斯传感器节点通过螺纹杆安装在采空区的内壁上。布置时，通过蛇形机械手夹持组u形拉钩，然后转动瓦斯传感器节点，直至螺纹杆完全转入采空区的内壁，即完成安装。

本实施例中，所述蛇形机械手由蛇形机械臂以及通过旋转座安装在蛇形机械臂首端的夹持机械手构成，所述蛇形机械臂由若干呈首尾连接的机械单元及位于机械单元之间的舵机组件构成，且夹持机械手、每个机械单元均内载三维姿态传感器，基于三维姿态传感器所采集到的姿态数据实现当前夹持机械手所在位置的定位。

本实施例中，所述夹持机械手上安装有红外摄像头，所述旋转座上安装有红外线光幕组，基于红外线光幕实现采空区形状、尺寸的测量。测量时，旋转座旋转带动红外线光幕旋转实现采空区的全方位检测。

本实施例中，为了避免蛇形机械手来回的取用瓦斯传感器节点，可配置两个蛇形机械手，其中一个用于实现瓦斯传感器节点的安装，另一个用于实现放置有瓦斯传感节点的储物篮的悬挂，采用跟踪运行模式，用于协助完成瓦斯传感器节点的安装。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。