礦井突水實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警及逃生引導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及礦山預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種礦井突水實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警及逃生引導(dǎo) 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 礦井突水災(zāi)害是礦業(yè)生產(chǎn)中數(shù)量多、危害大的重要地質(zhì)災(zāi)害之一。近年來，對于礦 井突水災(zāi)害的成因及特征分析已取得巨大進(jìn)步，然而礦井地質(zhì)及人工條件交錯(cuò)復(fù)雜，無論 從水壓、地壓、厚度、突水系數(shù)、空氣濕度、水體成分等諸多因素的獨(dú)立或組合分析，都不能 很好的建立礦井突水預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)礦井突水的有效預(yù)測。因此原因，盡管礦井突水仿真領(lǐng) 域成果卓越，但仿真前提往往基于人為給定的虛擬突水條件，突水仿真的準(zhǔn)確性無法驗(yàn)證， 通過模擬得到的救避險(xiǎn)方案也無法在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用。并且現(xiàn)有的預(yù)測方法不能實(shí)時(shí) 采集礦井突水前后的全程信息，無法構(gòu)建礦井突水的"大數(shù)據(jù)"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種礦井突水實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警及逃生引導(dǎo)系統(tǒng)。
[0004] 該系統(tǒng)包括礦井突水監(jiān)測預(yù)警裝置和礦井突水仿真系統(tǒng)，礦井突水監(jiān)測預(yù)警裝置 包括主機(jī)、從機(jī)、交換機(jī)和服務(wù)器，礦井突水仿真系統(tǒng)宿主于服務(wù)器，主機(jī)與從機(jī)通過數(shù)據(jù) 信號連接，主機(jī)通過交換機(jī)與服務(wù)器連接。
[0005] 其中，主機(jī)包括外接電源模塊、內(nèi)置電源模塊、單片機(jī)、無線傳輸模塊、存儲模塊、 蜂鳴器、顯示屏，從機(jī)包括外接電源模塊、內(nèi)置電源模塊、單片機(jī)、傳輸模塊、存儲模塊、傳 感器模塊、蜂鳴器、引導(dǎo)燈、顯示屏，主機(jī)和從機(jī)防塵防水，從機(jī)的傳輸模塊包括無線傳輸模 塊、紅外傳輸模塊、RFID模塊，從機(jī)的傳感器模塊包括淹沒傳感器、濕度傳感器、溫度傳感 器、流速傳感器。
[0006] 無線傳輸模塊是一種采用無線自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)從機(jī)與主機(jī)間相互無 線通信的裝置；
[0007] 紅外傳輸模塊是一種采用紅外線傳輸技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)從機(jī)"特征編碼"的查看及修改 的裝置；
[0008] RFID模塊是一種非接觸式的無線射頻自動(dòng)識別技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)井巷人員定位及救援 的裝置；
[0009] 存儲模塊是一種用于存取主機(jī)、從機(jī)本身及感應(yīng)器信息的擴(kuò)展Flash存儲，實(shí)現(xiàn) 設(shè)備失聯(lián)時(shí)數(shù)據(jù)儲存以備找回的裝置；
[0010] 淹沒傳感器是一種導(dǎo)通傳感器，平常為斷路，淹沒時(shí)通路，用以確定預(yù)設(shè)高度是否 被水淹沒，監(jiān)測淹沒高度的裝置；
[0011] 濕度傳感器是一種通過監(jiān)測環(huán)境濕度，以判斷掛汗、霧化現(xiàn)象發(fā)生的裝置；
[0012] 溫度傳感器是一種通過監(jiān)測環(huán)境溫度，以判斷接近積水區(qū)時(shí)空氣變冷現(xiàn)象發(fā)生的 裝置；
[0013] 流速傳感器是一種利用霍爾元件通過監(jiān)測單位時(shí)間內(nèi)葉輪轉(zhuǎn)數(shù)間接判斷水體流 速的裝置；
[0014] 引導(dǎo)燈是一種能夠?qū)崿F(xiàn)方向指引的發(fā)光裝置，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測突水或發(fā)生突水時(shí)的救 避險(xiǎn)路線指引功能；
[0015] 顯示屏是一種能夠?qū)崿F(xiàn)文字顯示的液晶顯示屏，以實(shí)現(xiàn)日常指標(biāo)信息及突水信息 的顯示。
[0016] 利用該系統(tǒng)進(jìn)行礦井突水實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警的方法為：將擁有唯一特征編碼的從機(jī)數(shù) 據(jù)信息錄入服務(wù)器中，服務(wù)器通過礦井突水仿真系統(tǒng)建立礦井三維模型并定位分別擁有唯 一特征編碼的從機(jī)位置及擺放方向，從機(jī)以約定時(shí)間間隔將其傳感器模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測的礦井 淹沒狀態(tài)、濕度、溫度、水體流速及人員信息顯示于從機(jī)的顯示屏并發(fā)送給上層主機(jī)，上層 主機(jī)整合下屬各從機(jī)信息并通過交換機(jī)發(fā)送至服務(wù)器進(jìn)行模擬分析；主機(jī)、從機(jī)若發(fā)送數(shù) 據(jù)失敗則分別將數(shù)據(jù)存儲在從機(jī)的存儲模塊和主機(jī)的存儲模塊中以備找回；服務(wù)器根據(jù)各 組數(shù)據(jù)進(jìn)行突水仿真，實(shí)現(xiàn)突水發(fā)生預(yù)警、突水漫延預(yù)測及救避險(xiǎn)線路規(guī)劃，并根據(jù)新數(shù)據(jù) 實(shí)時(shí)進(jìn)行修正，服務(wù)器的模擬及預(yù)測結(jié)果通過動(dòng)態(tài)仿真顯示方式傳達(dá)給管理者，通過主機(jī) 至從機(jī)方式反饋控制信號（包括開啟主機(jī)蜂鳴器、開啟從機(jī)蜂鳴器、點(diǎn)亮從機(jī)逃生方向引 導(dǎo)燈、在從機(jī)顯示屏顯示災(zāi)情信息）傳達(dá)給井下工作人員，井下工作人員攜帶工卡（工卡內(nèi) 嵌RFID模塊）通過從機(jī)定位自身位置，實(shí)現(xiàn)常時(shí)的到崗管理及突水時(shí)的救援。
[0017] 其中，布置從機(jī)時(shí)按照統(tǒng)一布置規(guī)則，明確其引導(dǎo)燈左右指向。每臺從機(jī)僅對接一 部指定主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，一部主機(jī)同時(shí)與一部及以上指定從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，各主機(jī)共 同通過一部交換機(jī)與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。主機(jī)與從機(jī)間采用無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主 機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器間采用有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0018] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：
[0019] 上述方案中，將礦井突水指標(biāo)監(jiān)測以常設(shè)設(shè)備形式固定化，消除以往監(jiān)測隨機(jī)性、 周期長與人為誤差大的缺點(diǎn)；將突水預(yù)測與三維仿真技術(shù)相結(jié)合，不僅提供是否發(fā)生突水 的預(yù)測結(jié)果，更模擬出突水發(fā)生后水體漫延的時(shí)間和空間結(jié)果，進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真顯示；采用無 線自組織網(wǎng)絡(luò)形式實(shí)現(xiàn)主、從機(jī)通訊，有效提高井下通訊穩(wěn)定性與靈活性；礦井突水指標(biāo)監(jiān) 測貫穿突水發(fā)生前及發(fā)生后，可以實(shí)現(xiàn)突水情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測及預(yù)測結(jié)果的動(dòng)態(tài)修正，避免 由于人為算法缺陷及未知因素導(dǎo)致的預(yù)測失誤；借助引導(dǎo)燈的指示，將突水救避險(xiǎn)線路規(guī) 劃的結(jié)果及時(shí)反饋給井下工作人員，發(fā)揮救助引導(dǎo)作用；借助已成功傳輸至服務(wù)器的、設(shè)備 失聯(lián)后本身存儲可后期找回的突水?dāng)?shù)據(jù)，為礦井突水的"大數(shù)據(jù)"實(shí)現(xiàn)提供了可能。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的礦井突水實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警及逃生引導(dǎo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明的礦井突水實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警及逃生引導(dǎo)系統(tǒng)的從機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明的礦井突水實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警及逃生引導(dǎo)系統(tǒng)的主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1系統(tǒng)的布置示意圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的I-I剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 其中：1-主機(jī)一 ；2_主機(jī)二；3-從機(jī)一 ；4_從機(jī)二；5-從機(jī)三；6-從機(jī)四；7-從 機(jī)五；8-從機(jī)六；9-從機(jī)七；10-從機(jī)八；11-從機(jī)九；12-從機(jī)十；13-從機(jī)十一 ；14_從機(jī) 十二；15-從機(jī)十三；16-從機(jī)十四；17-突水點(diǎn)一；18-突水點(diǎn)二；19-人員一；20-人員二； 21-人員三；22-主井；23-副井一；24-副井二。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具 體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的礦井突水監(jiān)測系統(tǒng)并不能實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息等問題，提供一種 礦井突水實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警及逃生引導(dǎo)系統(tǒng)。
[0028] 如圖1所示，該系統(tǒng)包括礦井突水監(jiān)測預(yù)警裝置和礦井突水仿真系統(tǒng)，礦井突水 監(jiān)測預(yù)警裝置包括主機(jī)、從機(jī)、交換機(jī)和服務(wù)器，礦井突水仿真系統(tǒng)宿主于服務(wù)器，主機(jī)與 從機(jī)通過無線自組織網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信號連接，主機(jī)通過交換機(jī)與服務(wù)器連接。
[0029] 如圖2所示，從機(jī)包括外接電源模塊、內(nèi)置電源模塊、單片機(jī)、傳輸模塊、存儲模 塊、傳感器模塊、蜂鳴器、引導(dǎo)燈、顯示屏，其中，傳輸模塊包括無線傳輸模塊、紅外傳輸模 塊、RFID模塊，感器模塊包括淹沒傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、流速傳感器，淹沒傳感 器是一種導(dǎo)通傳感器，平常為斷路，淹沒時(shí)通路，用以確定預(yù)設(shè)高度是否被水淹沒，監(jiān)測淹 沒高度的裝置；濕度傳感器是一種通過監(jiān)測環(huán)境濕度，以判斷掛汗、霧化現(xiàn)象發(fā)生的裝置； 溫度傳感器是一種通過監(jiān)測環(huán)境溫度，以判斷接近積水區(qū)時(shí)空氣變冷現(xiàn)象發(fā)生的裝置；流 速傳感器是一種利用霍爾元件通過監(jiān)測單位時(shí)間內(nèi)葉輪轉(zhuǎn)數(shù)間接判斷水體流速的裝置。
[0030] 傳感器的選取可采用下表1方式：
[0031] 表1傳感器選取
[0033] 如圖3所示，主機(jī)包括外接電源模塊、內(nèi)置電源模塊、單片機(jī)、無線傳輸模塊、存儲 模塊、蜂鳴器、顯示屏。
[0034] 該系統(tǒng)具體的監(jiān)測預(yù)警方法為：
[0035] 將礦井?dāng)?shù)字特征錄入服務(wù)器"礦井突水仿真系統(tǒng)"搭建礦井三維仿真模型，布置各 從機(jī)于礦井內(nèi)，以唯一特征編碼為基準(zhǔn)將各從機(jī)與三維礦井模型建立空間、時(shí)間對應(yīng)關(guān)系， 實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)顯示。布置從機(jī)時(shí)按照統(tǒng)一布置規(guī)則，明確其引導(dǎo)燈左右指向。每臺從機(jī)僅 對接一部指定主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，一部主機(jī)同時(shí)與一部及以上指定從機(jī)進(jìn)