一种煤矿瓦斯智能检测与预警系统的制作方法

本发明属于煤矿瓦斯检测，具体是一种煤矿瓦斯智能检测与预警系统。

背景技术：

1、煤层瓦斯(gas of coalseam)，又称煤层气。从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体。瓦斯是煤矿生产中的有害因素，它不仅污染空气，而且当空气中瓦斯含量为5％～16％时，遇火会引起爆炸，造成事故。因此在煤矿的生产工艺过程中，需要实时对矿井内的瓦斯浓度进行检测，避免瓦斯浓度过高，引起安全事故。

2、现有的相关技术中，对于煤矿瓦斯泄露的监测主要通过采集矿井内的相关数据进行判断，当瓦斯数据超过阈值时，就发出报警信息。这种方式对于煤矿内的异常情况的检测和分析较为依赖传感器，且检测方式较为单一，且达不到理想的预警效果即预警效果具有滞后性。

3、因此，亟需一种煤矿瓦斯智能检测与预警系统，能够提高煤矿瓦斯监测的预警效果。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种煤矿瓦斯智能检测与预警系统，能够提高煤矿瓦斯检测的预警效果。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种煤矿瓦斯智能检测与预警系统，包括：检测模块、处理模块、采集模块、分析模块以及预警模块；

4、检测模块用于获取煤层顶板的压力信息、形变信息以及逸出瓦斯的浓度信息；

5、处理模块用于根据形变信息推测形变趋势，根据压力信息判断煤层顶板开裂的概率，根据形变趋势判断瓦斯泄露的严重程度；并基于逸出瓦斯的浓度选择延缓瓦斯泄露的方式，延缓瓦斯的逸出速度；

6、采集模块用于获取矿井内的相关参数；

7、分析模块用于基于矿井内的相关参数以及瓦斯的逸出速度，评估当前矿井内的安全状况；

8、预警模块用于基于矿井内的安全状况发送预警信息。

9、采用上述方案有以下有益效果：

10、1、本方案，通过检测模块获取煤层顶板的形变信息和压力信息，处理模块根据煤层顶板的形变趋势，判断瓦斯泄露的概率以及严重程度，以便于提前对矿井内的瓦斯泄露风险进行预测评估，使相关人员能够提前预警瓦斯险情，降低生命财产遭受损害的风险。

11、2、本方案，通过瓦斯逸出的浓度判断延缓瓦斯泄露的方式，通过不同的方式延缓瓦斯的泄露速度，能够提高延缓瓦斯泄露的效果。同时，通过延缓瓦斯的逸出速度，能够降低矿井内瓦斯浓度升高的速度即瓦斯扩散速率，从而为瓦斯险情预警提供准备时间。

12、综上所述，相较于传统的瓦斯检测和预警，本方案能够在瓦斯泄露前，通过煤层顶板的压力预测煤层顶板开裂的概率，通过逸出的瓦斯浓度判断是否为瓦斯泄露，避免误判的发生。通过在瓦斯泄漏时延缓矿井内的瓦斯浓度上升速率，为工作人员应对瓦斯泄露争取反应时间，从而提高预警效果。

13、进一步，检测模块包括支撑体和控制单元；支撑体顶部设置有若干锥形槽，锥形槽底部放置有吸附剂；锥形槽的侧壁上对称设置有至少一对限位槽，限位槽内均设置有转轴，转轴与限位槽转动配合；限位槽侧壁上均设置有压力传感器，压力传感器用于获取转轴对限位槽的挤压力；锥形槽底部均设置有通道，通道内均设置有单向阀；锥形槽内均设置有活动板，活动板与锥形槽滑动配合，活动板上设置有若干透气孔；支撑体内还设置有若干真空腔，真空腔与各个通道相互连通；还包括光纤传感器和浓度传感器，光纤传感器用于检测煤层顶板的形变，浓度传感器用于采集穿过透气孔的瓦斯浓度；控制单元用于基于瓦斯浓度控制单向阀的运行。

14、有益效果：本方案，通过支撑体与活动板相互配合，活动板在受到煤层顶板结构形变影响而与锥形槽发生相对滑动时，利用支撑体能够对煤层顶板起到支撑保护作用，避免煤层顶板快速塌陷。当煤层顶板产生形变时，活动板受到煤层顶板的挤压而向锥形槽内移动，此时，限位槽内的转轴在活动板移动过程中，与活动板发生相对滑动和滚动，随着煤层顶板的挤压力越来越大，转轴对活动板的阻力越来越大，限位槽侧壁受到的压力随之越来越大，通过压力传感器能够采集限位槽侧壁受到的压力，能够判断煤层顶板受到的压力。当煤层顶板收到的压力过大，而产生开裂时，瓦斯通过煤层顶板的裂缝处逸出，通过活动板的透气孔进入锥形槽内，通过锥形槽底部放置的吸附剂能够将空气中的瓦斯吸附，从而降低瓦斯的浓度。

15、通过在活动板上设置透气孔，有利于缓解煤层顶板的裂缝内的压力，避免瓦斯在裂缝中积聚，使裂缝进一步扩大。

16、当瓦斯浓度过高时，控制单元控制单向阀开启，浓度较高的瓦斯经过单向阀后，由于负压影响被吸入真空腔内，直至真空腔被填满，从而减少大量的高浓度瓦斯进入矿井内，延缓矿井内瓦斯浓度升高的速率，为相关人员争取反应时间。

17、进一步，处理模块判断延缓瓦斯泄露的方式为：将逸出瓦斯的浓度与预设浓度比对，若逸出瓦斯的浓度小于预设浓度，则依靠吸附剂降低逸出瓦斯的浓度，若逸出瓦斯的浓度不小于预设浓度，则控制单向阀运行，收集逸出的瓦斯。

18、有益效果：通过逸出瓦斯的浓度选择不同处理方式，能够提高延缓瓦斯泄露的效果；并且通过真空腔收集瓦斯，能够避免瓦斯爆炸，提高矿井内的安全性。

19、进一步，预设浓度为吸附剂单位时间内的最大吸附量。

20、进一步，检测模块位于煤层顶板易断裂处；其中煤层顶板易断裂处通过地质勘探和矿井地质资料综合分析获得。

21、有益效果：通过将检测模块设置在煤层顶板的易断裂处，能够使检测模块及时获取煤层顶板的信息，避免发生信息滞后。

22、进一步，处理模块通过以下算法判断形变趋势：

23、ft＝σ(wf*(ht-1，xt)+bf)

24、it＝σ(wi*(ht-1，xt)+bi)

25、

26、

27、ht＝ottanh(ct)

28、ot＝σ(wo*(ht-1，bo))

29、其中，xt为t时刻的样本序列值，ft为遗忘门，it为输入门，σ和tanh为sigmoid激活函数和双曲正切激活函数，为当前时刻状态，ht表示最终输出，wf为遗忘权值，bf为遗忘偏置，wi为输入权值，bi为输入偏置，wo为输出权值，bo为输出偏置。

30、进一步，相关参数包括矿井内瓦斯浓度、温度、湿度、风速、风压、一氧化碳浓度。

31、进一步，分析模块还用于基于逸出瓦斯浓度以及采取的延缓瓦斯泄露的方式，判断并预测逸出的瓦斯进入矿井后对矿井内瓦斯浓度的影响。

32、有益效果：通过获取瓦斯从煤层顶板中逸出时的浓度，以及延缓瓦斯泄露的方式，能够判断从煤层顶板逸出的瓦斯对矿井内的瓦斯的影响程度，以此能够计算矿井内瓦斯浓度到达预警界限的时间，以便于相关人员应对处理。

33、进一步，吸附剂包括但不限于多维孔洞结构的石墨烯复合物。

34、进一步，还包括定位模块；定位模块用于获取并标记发生瓦斯泄露的活动板的位置信息，并将位置信息发送至预警模块。

35、有益效果：通过获取瓦斯泄露处的活动板的位置，有利于相关人员快速确定瓦斯泄漏源头，阻止瓦斯进一步泄露。