矿井顶底板突水监测预报系统及方法与流程

本发明涉及矿井安全监测与预警领域，具体为矿井顶底板突水监测预报系统及方法。

背景技术：

1、矿井作业过程中，突水是矿工面临的重大安全隐患之一，突水不仅威胁矿工的生命安全，还可能导致设备损毁和矿井的不可逆损失，现有的矿井突水监测系统和方法虽然在一定程度上提升了安全性，但仍存在诸多不足之处，未能有效解决矿井作业中的突水风险。

2、目前的系统在数据处理方面多依赖于简单的阈值判断，缺乏对历史数据和实时数据的综合分析能力，导致对突水风险的预测不够准确，此外，缺少智能化的数据处理和风险评估模型，难以及时发现潜在的突水隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了矿井顶底板突水监测预报系统及方法，解决目前的系统在数据处理方面多依赖于简单的阈值判断，缺乏对历史数据和实时数据的综合分析能力，导致对突水风险的预测不够准确的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：矿井顶底板突水监测预报系统，包括：

3、数据采集模块，包括多个传感器网络，所述传感器网络包括水压传感器、温度传感器、声波传感器和水流传感器，布置于矿井的顶板、底板和巷道在内的关键位置，用于采集矿井内部的水压、温度、声波和水流数据；

4、数据传输模块，包括无线传输系统和有线传输系统，其中无线传输系统用于将数据采集模块采集到的实时数据传输至地面监控中心，所述有线传输系统作为无线传输系统的备份路径，在无线系统故障或覆盖不足的情况下保证数据传输的连续性和可靠性；

5、数据处理模块，包括存储设备、实时数据分析单元和历史数据对比分析单元，用于对采集到的数据进行存储、实时分析和与历史数据对比分析，并基于数据建立机器学习模型和风险评估模型，以预测矿井突水风险；

6、预警与决策支持模块，包括多级预警机制、声光报警装置和远程通知系统，用于在检测到突水风险时，根据风险等级发出预警信号，并通过声光报警装置和远程通知系统提醒相关人员；

7、自动化控制模块，包括排水系统控制单元和通风系统控制单元，用于在检测到突水风险时自动控制矿井的排水设备和通风系统，以减少突水带来的危害；

8、用户界面与可视化模块，包括实时监控界面和历史数据查询系统，所述监控界面通过可视化仪表盘和图表展示矿井内部的实时监测数据和分析结果，历史数据查询系统允许用户按时间、地点或事件类型调取历史数据并支持数据导出；

9、系统维护与优化模块，包括自动化自检程序和软件更新与优化单元，所述自动化自检程序定期检测系统的硬件设备和软件系统的运行状态，并生成自检报告，软件更新与优化单元用于优化数据分析算法和模型。

10、优选的，所述数据采集模块中的水压传感器布置在矿井的顶板和底板的关键点位处，水压传感器能够实时监测岩层内部的水压变化，并在水压出现异常增大的情况下发出警报信号。

11、优选的，所述温度传感器被布置在矿井的多个关键位置，包括巷道、顶板和底板，温度传感器用于实时检测矿井内部的温度变化，并在温度异常波动时提供早期预警信号。

12、优选的，所述声波传感器用于监测矿井岩层内部的声波变化，包括捕捉岩层裂缝扩展和水体渗透过程中产生的声波信号。

13、优选的，所述水流传感器布置在矿井的水道、巷道入口及关键拐角处，用于监测水流的速度、方向和流量变化。

14、优选的，所述数据传输模块的无线传输系统采用抗干扰设计，具备多信道传输能力和数据加密功能，以确保在复杂矿井环境下的数据传输稳定性和安全性。

15、优选的，所述数据处理模块包括一个高性能计算单元，支持分布式计算架构，用于加快实时数据处理和分析的速度。

16、优选的，所述预警与决策支持模块的多级预警机制包括黄色、橙色和红色预警等级，每个预警等级根据传感器数据的实时分析结果和历史趋势预测结果自动触发。

17、优选的，所述自动化控制模块包括排水系统控制单元和通风系统控制单元，排水系统控制单元能够根据实时监测到的水位、流量和水压数据，动态调整排水设备的运行状态；

18、所述用户界面与可视化模块包括一个灵活配置的实时监控界面，用户能够自定义显示内容，包括选择性显示特定区域或特定类型的传感器数据。

19、优选的，矿井顶底板突水监测预报系统运行方法，包括以下步骤：

20、s1：数据采集

21、通过布置在矿井顶板、底板和巷道的水压传感器、温度传感器、声波传感器和水流传感器，实时采集矿井内部的水压、温度、声波和水流数据，并将这些数据传送至数据处理模块；

22、s2：数据传输

23、使用无线传输系统将采集到的实时数据传输至地面监控中心；在无线传输系统出现故障或覆盖不足的情况下，自动切换到有线传输系统，以确保数据的持续传输；

24、s3：数据处理

25、在地面监控中心的数据处理模块中，对接收到的实时数据进行分析，并与历史数据进行对比，基于机器学习模型和风险评估模型，评估矿井突水风险；

26、s4：预警与决策支持

27、根据数据处理结果，触发多级预警机制，向矿井管理人员发出相应的预警信号，并通过声光报警装置和远程通知系统提醒相关人员采取适当的应急措施；

28、s5：自动化控制

29、在检测到突水风险时，自动化控制模块激活，调整矿井排水系统和通风系统的运行状态，以减少突水对矿井作业的影响；

30、s6：用户界面展示

31、通过用户界面与可视化模块，实时展示矿井内部的监测数据和分析结果，并允许用户查询历史数据，支持数据的导出和报告生成；

32、s7：系统维护与优化

33、定期执行系统自检程序，检查系统硬件和软件的运行状态，并根据最新的数据和用户反馈，更新和优化数据处理算法。

34、本发明提供了矿井顶底板突水监测预报系统及方法。具备以下有益效果：

35、1、本发明系统引入了基于机器学习和大数据分析的智能处理模块，不仅能够实时处理当前数据，还能与历史数据进行综合比对，极大地提高了突水风险评估的准确性。通过动态调整分析模型，系统能够适应矿井环境的变化，保持高水平的预测能力。

36、2、本发明系统集成了水压传感器、温度传感器、声波传感器和水流传感器，能够全面监测矿井内的多种环境参数，确保数据的完整性和可靠性，从而实现对突水风险的精准预测。

37、3、本发明系统采用无线和有线相结合的传输方式，确保数据传输的连续性和稳定性。无线传输系统在大范围内实现数据的实时传输，有线系统则作为备份路径，防止由于传输路径故障而导致的数据中断。

38、4、本发明系统的自动化控制模块能够在检测到突水风险时，自动调整矿井的排水和通风系统的运行状态，无需人工干预，确保应对措施的及时性和有效性，减少突水事件对矿井作业的影响。

技术特征：

1.矿井顶底板突水监测预报系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的矿井顶底板突水监测预报系统，其特征在于，所述数据采集模块中的水压传感器布置在矿井的顶板和底板的关键点位处，水压传感器能够实时监测岩层内部的水压变化，并在水压出现异常增大的情况下发出警报信号。

3.根据权利要求1所述的矿井顶底板突水监测预报系统，其特征在于，所述温度传感器被布置在矿井的多个关键位置，包括巷道、顶板和底板，温度传感器用于实时检测矿井内部的温度变化，并在温度异常波动时提供早期预警信号。

4.根据权利要求1所述的矿井顶底板突水监测预报系统，其特征在于，所述声波传感器用于监测矿井岩层内部的声波变化，包括捕捉岩层裂缝扩展和水体渗透过程中产生的声波信号。

5.根据权利要求1所述的矿井顶底板突水监测预报系统，其特征在于，所述水流传感器布置在矿井的水道、巷道入口及关键拐角处，用于监测水流的速度、方向和流量变化。

6.根据权利要求1所述的矿井顶底板突水监测预报系统，其特征在于，所述数据传输模块的无线传输系统采用抗干扰设计，具备多信道传输能力和数据加密功能，以确保在复杂矿井环境下的数据传输稳定性和安全性。

7.根据权利要求1所述的矿井顶底板突水监测预报系统，其特征在于，所述数据处理模块包括一个高性能计算单元，支持分布式计算架构，用于加快实时数据处理和分析的速度。

8.根据权利要求1所述的矿井顶底板突水监测预报系统，其特征在于，所述预警与决策支持模块的多级预警机制包括黄色、橙色和红色预警等级，每个预警等级根据传感器数据的实时分析结果和历史趋势预测结果自动触发。

9.根据权利要求1所述的矿井顶底板突水监测预报系统，其特征在于，所述自动化控制模块包括排水系统控制单元和通风系统控制单元，排水系统控制单元能够根据实时监测到的水位、流量和水压数据，动态调整排水设备的运行状态；

10.矿井顶底板突水监测预报系统运行方法，其特征在于，用于权利要求1-9任一项所述的矿井顶底板突水监测预报系统，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及矿井安全监测与预警领域，公开了矿井顶底板突水监测预报系统及方法，包括：数据采集模块，包括多个传感器网络；数据传输模块，包括无线传输系统和有线传输系统；数据处理模块，包括存储设备、实时数据分析单元和历史数据对比分析单元；预警与决策支持模块，包括多级预警机制、声光报警装置和远程通知系统；自动化控制模块，包括排水系统控制单元和通风系统控制单元；用户界面与可视化模块，包括实时监控界面和历史数据查询系统；系统维护与优化模块。通过系统引入了基于机器学习和大数据分析的智能处理模块，不仅能够实时处理当前数据，还能与历史数据进行综合比对，极大地提高了突水风险评估的准确性。技术研发人员：殷有辉,李媛,崔俊峰,周全超,夏玉萧,王冯,殷裁云,高利晶,郝娇阳,朱天保,孙京受保护的技术使用者：庆阳新庄煤业有限公司新庄煤矿技术研发日：技术公布日：2024/11/14