一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统及方法

本发明涉及智能监测，具体涉及一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统及方法。

背景技术：

1、在矿井采煤、掘进、运输和喷浆等各个生产工序中都会产生大量的粉尘，尤其是近些年来，随着矿业技术的不断发展，煤矿井下的安全生产成为非常关注的问题，矿井中存在的粉尘不仅会给煤矿工人的身体健康带来极大的危害，还会加速机械设备的磨损，降低矿井内设备的使用寿命，更严重的是，当矿井粉尘浓度过高时，还易导致粉尘爆炸等事故，因此，降低作业场所的粉尘浓度，控制煤矿粉尘的产生，对于保障煤矿工人的生命健康以及预防事故的发生具有十分重要的意义。

2、目前，煤矿井下降低粉尘浓度的方法包括通风除尘、煤层注水，降尘喷雾等，其中，通风除尘作为煤矿企业应用比较广泛的技术手段之一，通过风机将外界空气抽送至矿井中以稀释粉尘浓度，将粉尘排出到井下，从而达到降低粉尘浓度的目的，但此方法对风速的要求很高，既要将矿井内的粉尘排出又要避免扬起更多粉尘增加粉尘浓度，而且通过风机将井下的粉尘排到地面，会引起环境污染，影响地面环境。煤层注水虽然能够减少煤矿粉尘的发生，有效减少空气中的有害气体，但需保证注水的速度与煤矿吸水速度的一致性。而降尘喷雾作为一种新型的降尘技术，通过将水以高压喷洒形式释放到空气中，从而控制颗粒物的扩散和降尘效果，虽然在一定程度上可以减少空气中的灰尘颗粒物含量，但需要消耗大量的水资源，尤其是在处理大面积灰尘颗粒物扩散时，需要不断地喷洒水雾来控制空气中的灰尘颗粒，而且对细颗粒物的去除效果较差，存在较高的运行和维护成本等问题。

3、现有技术中只存在对当前粉尘浓度超标的情况进行处理，不能结合矿井生产方式提前采取措施，可靠性较差，并且当前的处理方式需要人工喷水降尘，处理不够及时，也会浪费大量人力，十分不便。

技术实现思路

1、本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

2、第一方面，本申请实施例提供了一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统，包括：数据监测模块以及与所述数据监测模块电连接的数据收集模块、浓度预测模块、智能预警模块和降尘控制模块；

3、所述数据监测模块用于将所述数据收集模块获取的各个监测网点的实时粉尘浓度信息、潮湿度信息、风力强度信息和所述浓度预测模块获取的预测粉尘浓度信息进行汇总；

4、所述降尘控制模块根据所述智能预警模块发出的预警信息结合所述数据监测模块获取的监测信息对矿井下的不同区域进行降尘处理。

5、在一种可能的实现方式中，所述数据收集模块包括第一数据收集单元和第二数据收集单元；

6、所述第一数据收集单元用于获取矿井粉尘影响因素，通过多元回归分析方法对所述矿井粉尘影响因素进行筛选，获得粉尘浓度主控因素；

7、所述第二数据收集单元用于收集通过粉尘传感器、潮湿度检测器以及风速吹动检测器分别获取的各个监测网点的粉尘浓度信息、潮湿度信息以及风力强度信息。

8、在一种可能的实现方式中，所述浓度预测模块包括模型构建单元、模型训练单元和浓度预测单元；

9、所述模型构建单元用于构建基于深度学习的长短期记忆网络的粉尘浓度预测模型；

10、所述模型训练单元用于将所述粉尘浓度主控因素以及历史粉尘浓度信息输入至粉尘浓度预测模型中进行训练；

11、所述浓度预测单元用于根据训练后的粉尘浓度预测模型获取预测粉尘浓度信息。

12、在一种可能的实现方式中，所述数据监测模块包括局部监测单元和整体监测单元；

13、所述局部监测单元用于对各个监测网点的潮湿度信息、风力强度信息、实时粉尘浓度信息以及预测粉尘浓度信息进行监测；

14、所述整体监测单元用于将所述局部监测单元监测的信息进行汇总。

15、在一种可能的实现方式中，所述智能预警模块包括实时预警单元、预测预警单元和信息发送单元；

16、如果实时采集的粉尘浓度信息超出预设浓度阈值时，由实时预警单元发出红色警报；

17、如果预测的粉尘浓度信息超出预设浓度阈值时，由预测预警单元发出黄色警报；

18、所述信息发送单元用于将所述红色警报或者黄色警报发送给降尘控制模块。

19、在一种可能的实现方式中，所述降尘控制模块包括控制单元和降尘单元；

20、所述控制单元用于接收所述红色警报或者黄色警报，并获取红色警报或者黄色警报对应的监测网点位置信息；

21、所述降尘单元用于将红色警报或者黄色警报对应的监测网点位置进行降尘处理。

22、在一种可能的实现方式中，所述降尘控制模块还包括辅助降尘单元，所述辅助降尘单元用于根据当前喷水量以及风力强度信息进行辅助降尘。

23、第二方面，本申请实施例提供了一种用于矿井下的分布式粉尘监测方法，结合第一方面以及第一方面任一种可能的实现方式，所述方法包括：

24、获取矿井内粉尘浓度主控因素，并在矿井内布设若干个监测网点，分别收集每个监测网点的粉尘浓度信息、潮湿度信息以及风力强度信息；

25、将所述粉尘浓度主控因素以及粉尘浓度信息输入至粉尘浓度预测模型中进行训练，基于训练后的粉尘浓度预测模型对粉尘浓度信息进行预测得到预测粉尘浓度信息；

26、当采集的实时粉尘浓度信息超出预设浓度阈值时，发出红色警报；

27、或者，

28、当预测的粉尘浓度信息超出预设浓度阈值时，发出黄色警报；

29、获取所述红色警报或者黄色警报对应的监测网点的位置信息，结合当前监测网点的潮湿度信息和粉尘浓度信息确定喷水量；

30、开启喷水降尘控制器进行降尘，直至红色警报或者黄色警报消除。

31、在一种可能的实现方式中，所述开启喷水降尘控制器进行降尘，直至红色警报或者黄色警报消除，包括：

32、控制电动阀开启，空气泵通过气管向储水箱加压；

33、所述储水箱中的水通过导管向喷嘴传输，喷嘴将所述导管传输的水喷出进行降尘，其中，储水箱中设有水位传感器，基于当前的警报以及矿井中的潮湿度，确定喷水量之后，由水位传感器对出水量进行实时监测，当达到一定的喷水量之后，警报消除，阀门自动关闭，停止喷水。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

35、本发明可以在矿井内布设若干个监测网点，收集粉尘浓度信息、潮湿度信息以及风力强度信息，能够实现对矿井全覆盖的监测；并且能够结合矿井的生产方式对粉尘浓度信息进行预测，当粉尘浓度超过标准阈值可以马上进行降尘处理，特别的，当预测的粉尘浓度超过标准阈值时，也会结合当前监测网点的潮湿度和风力进行降尘处理，能够实现提前避免粉尘浓度过高对矿井及其工作人员带来的危害，可靠性更高。

36、本发明的降尘控制模块采用智能降尘的方法，基于当前粉尘浓度确定出水量，确保预警消除后，自动停止喷水，避免了人力资源和水资源的浪费，提高了系统的实用性。

技术特征：

1.一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统，其特征在于，包括：数据监测模块以及与所述数据监测模块电连接的数据收集模块、浓度预测模块、智能预警模块和降尘控制模块；

2.根据权利要求1所述的一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统，其特征在于，所述数据收集模块包括第一数据收集单元和第二数据收集单元；

3.根据权利要求1所述的一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统，其特征在于，所述浓度预测模块包括模型构建单元、模型训练单元和浓度预测单元；

4.根据权利要求1所述的一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统，其特征在于，所述数据监测模块包括局部监测单元和整体监测单元；

5.根据权利要求1所述的一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统，其特征在于，所述智能预警模块包括实时预警单元、预测预警单元和信息发送单元；

6.根据权利要求1所述的一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统，其特征在于，所述降尘控制模块包括控制单元和降尘单元；

7.根据权利要求1或6任一项所述的一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统，其特征在于，所述降尘控制模块还包括辅助降尘单元，所述辅助降尘单元用于根据当前喷水量以及风力强度信息进行辅助降尘。

8.一种用于矿井下的分布式粉尘监测方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的一种用于矿井下的分布式粉尘监测方法，其特征在于，所述开启喷水降尘控制器进行降尘，直至红色警报或者黄色警报消除，包括：

技术总结本申请公开了一种用于矿井下的分布式粉尘监测系统及方法，所述系统包括：数据监测模块以及与所述数据监测模块电连接的数据收集模块、浓度预测模块、智能预警模块和降尘控制模块；所述数据监测模块用于将所述数据收集模块获取的各个监测网点的实时粉尘浓度信息、潮湿度信息、风力强度信息和浓度预测模块获取的预测粉尘浓度信息进行汇总；所述降尘控制模块根据所述智能预警模块发出的预警信息结合所述数据监测模块获取的监测信息对矿井下的不同区域进行降尘处理。通过在矿井内布设若干个监测网点，实现对矿井全覆盖的监测，当粉尘浓度超过标准阈值可以马上进行降尘处理，能够实现提前避免粉尘浓度过高对矿井及其工作人员带来的危害，可靠性更高。技术研发人员：李小双,谭海欢,李启航,王佳文,陶志刚,滕林,王燕,胡涛,江松,朱淳,丁小华受保护的技术使用者：齐鲁理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/26