用于矿井的危险气体险情预警方法及系统与流程

本发明涉及矿井危险预警技术领域，具体涉及用于矿井的危险气体险情预警方法及系统。

背景技术：

随着煤矿开采规模的扩大和深度的不断延伸，煤层瓦斯涌出量越来越大，高瓦斯矿井以及安全上的隐患也越来越多。其中，瓦斯爆炸事故所带来的影响极其严重，因此，控制瓦斯事故是实现全国煤矿安全生产和煤炭工业持续健康发展的关键。

矿井内除了瓦斯之外，还存在其他有毒或者易爆炸的危险气体，当这些危险气体的浓度超过一定界限时同样会发生险情。因此，需要对矿井内瓦斯等危险气体进行监测，以能够对即将发生的险情进行预警。例如，公开号为cn108005721a的中国专利就公开了《一种矿井下瓦斯无线监测网络》，其包括本地存储模块，用于存储当前矿井下瓦斯浓度值、一段时间内各时间点的瓦斯浓度值；转发存储系统模块，用于矿井下瓦斯浓度信息的转发，转发其它传感器节点传来的瓦斯浓度、涌出速率和节点号信息；分析决策模块，用于瓦斯浓度值低于报警值情况下，可以在井下作判决不需要开启信号传输功能。

上述现有方案中的瓦斯无线监测网络也是一种危险气体预警系统，其能够监测并上传矿井内的瓦斯浓度。实际上，矿井内一般被划分为多个施工区域，各个施工区域之间通过连接通道连接，施工人员在一个或多个（目标）施工区域内施工；同时，为了保证矿井内施工人员的呼吸供给，会通过机械或自然通风动力向矿井内灌充空气。申请人发现，灌充的空气会在施工区域和连接通道内形成“气流”，气流会带动危险气体流动，使得各个施工区域和连接通道的危险气体浓度不断变化。例如，两个施工区域内的危险气体浓度均未超标，但气流使得两个施工区域内的危险气体交汇形成“混合气流”，混合气流因气体浓度急剧增加而出现危险气体浓度超标的问题，进而引发危险气体险情。然而，现有的危险气体险情预警方法仅考虑当前危险气体浓度，不能预测危险气体浓度的变化情况，使得不能对即将发生的危险气体险情进行预警，导致矿井内危险气体的险情预警效果不好。因此，如何提供一种能够预测矿井内危险气体浓度变化情况的危险气体险情预警方法是急需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够预测矿井内危险气体浓度变化情况的危险气体险情预警方法及系统，从而能够提升矿井内危险气体的险情预警效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

用于矿井的危险气体险情预警方法，包括以下步骤：

s01：获取各个施工区域和连接通道对应的危险气体浓度和气体流动数据；

s02：根据施工区域和连接通道的气体流动数据以及矿井的地图布局数据计算各个施工区域对应的气体流动路径；

s03：根据各个施工区域的气体流动路径和危险气体浓度，以及各个连接通道的危险气体浓度预测不同施工区域之间危险气体的气体交汇点及其对应的危险气体交汇浓度；然后在对应气体交汇点的危险气体交汇浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的气体交汇点作为危险交汇点。

优选的，所述气体流动数据包括气体流向和气体流速。

优选的，步骤s03中，还根据各个施工区域的气体流动路径计算对应气体交汇点的气体交汇时间；然后在对应气体交汇点的危险气体交汇浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的气体交汇点作为危险交汇点并根据气体交汇时间生成相应的危险交汇预警信号。

优选的，步骤s03中，预测得到不同施工区域之间危险气体的气体交汇点后，根据对应施工区域的气体流动数据以及矿井的地图布局数据进一步预测对应气体交汇点的气体流动路径；然后根据各个气体交汇点的气体流动路径和危险气体交汇浓度，以及其他施工区域的气体流动路径和危险气体浓度计算不同气体交汇点之间、气体交汇点与施工区域之间的新的气体交汇点及其对应的新的危险气体交汇浓度。

优选的，危险气体险情预警方法还包括以下步骤：

s04：获取矿井内各个施工人员对应的移动状态数据和目标施工区域，并结合矿井的地图布局数据计算各个施工人员对应的人员移动路径；

s05：根据各个施工区域的气体流动路径和危险气体浓度，以及各个施工人员的人员移动路径预测施工人员与危险气体的人气接近点及其对应的危险气体接近浓度；然后在对应人气接近点的危险气体接近浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的人气接近点作为危险接近点。

优选的，步骤s05中，还根据各个施工区域的气体流动路径和施工人员的人员移动路径计算对应人气接近点的人气接近时间；然后在对应人气接近点的危险气体接近浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的人气接近点作为危险接近点并根据人气接近时间生成相应的接近危险预警信号。

优选的，步骤s05中，当对应人气接近点的危险气体接近浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，调整对应施工人员的目标施工区域或移动状态，以使得对应施工人员能够错开与危险气体的接近。

本发明还公开了用于矿井的危险气体预警系统，其基于上述的危险气体险情预警方法实施，具体包括：

危险气体采集模块，设置于矿井的各个施工区域和连接通道内，用于获取各个施工区域和连接通道对应的危险气体浓度；

流动数据采集模块，设置于矿井的各个施工区域和连接通道内，用于获取各个施工区域和连接通道对应的气体流动数据；

危险预警模块，用于根据施工区域和连接通道的气体流动数据以及矿井的地图布局数据计算各个施工区域对应的气体流动路径；还能够根据各个施工区域的气体流动路径和危险气体浓度，以及各个连接通道的危险气体浓度预测不同施工区域之间危险气体的气体交汇点及其对应的气体交汇时间和危险气体交汇浓度，并能够在对应气体交汇点的危险气体交汇浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的气体交汇点作为危险交汇点并根据气体交汇时间生成相应的危险交汇预警信号。

优选的，危险预警模块预测得到不同施工区域之间危险气体的气体交汇点后，还能够根据对应施工区域的气体流动数据以及矿井的地图布局数据进一步预测对应气体交汇点的气体流动路径；然后根据各个气体交汇点的气体流动路径和危险气体交汇浓度，以及其他施工区域的气体流动路径和危险气体浓度计算不同气体交汇点之间、气体交汇点与施工区域之间的新的气体交汇点及其对应的新的危险气体交汇浓度。

优选的，危险气体预警系统还包括：

人员数据采集模块，由对应的施工人员携带，用于获取各个施工人员的移动状态数据；

危险预警模块还用于根据各个施工人员的移动状态数据和目标施工区域以及矿井的地图布局数据计算各个施工人员对应的人员移动路径；还能够根据各个施工区域的气体流动路径和危险气体浓度，以及各个施工人员的人员移动路径预测施工人员与危险气体的人气接近点及其对应的人气接近时间和危险气体接近浓度；然后在对应人气接近点的危险气体接近浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的人气接近点作为危险接近点并根据人气接近时间生成相应的接近危险预警信号。

本发明中的危险气体险情预警方法及系统与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，能够计算各个施工区域的气体流动路径，使得能够通过气体流动路径预测各个施工区域的危险气体流动情况，从而能够有效的预测监控矿井内的危险气体。同时，本发明还能够预测不同施工区域之间危险气体的气体交汇点和危险气体交汇浓度，使得能够预测矿井内危险气体浓度变化情况并能够定位危险气体的气体交汇点，即能够提前对有可能发生的“危险气体险情”进行预警，有助于施工人员避开危险气体险情，从而能够提升矿井内危险气体的险情预警效果。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1和图2均为实施例一中危险气体险情预警方法的逻辑框图；

图3为实施例二中危险气体预警系统的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例一：

本实施例中公开了用于矿井的危险气体险情预警方法。

如图1所示，用于矿井的危险气体险情预警方法，包括以下步骤：

s01：获取各个施工区域和连接通道对应的危险气体浓度和气体流动数据。具体的，危险气体包括瓦斯、甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫等对人体有害或易爆炸的气体。气体流动数据包括气体流向和气体流速。

s02：根据施工区域和连接通道的气体流动数据以及矿井的地图布局数据计算各个施工区域对应的气体流动路径。

s03：根据各个施工区域的气体流动路径和危险气体浓度，以及各个连接通道的危险气体浓度预测不同施工区域之间危险气体的气体交汇点及其对应的危险气体交汇浓度；然后在对应气体交汇点的危险气体交汇浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的气体交汇点作为危险交汇点。具体的，危险浓度阈值可根据国家相关规定设置。

本发明中，能够计算各个施工区域的气体流动路径，使得能够通过气体流动路径预测各个施工区域的危险气体流动情况，从而能够有效的预测监控矿井内的危险气体。同时，本发明还能够预测不同施工区域之间危险气体的气体交汇点和危险气体交汇浓度，使得能够预测矿井内危险气体浓度变化情况并能够定位危险气体的气体交汇点，即能够提前对有可能发生的“危险气体险情”进行预警，有助于施工人员避开危险气体险情，从而能够提升矿井内危险气体的险情预警效果。

具体实施过程中，步骤s03中，还根据各个施工区域的气体流动路径计算对应气体交汇点的气体交汇时间；然后在对应气体交汇点的危险气体交汇浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的气体交汇点作为危险交汇点并根据气体交汇时间生成相应的危险交汇预警信号。

本发明中，能够计算气体交汇点的气体交汇时间，并能够在提前预测到有可能发生的“危险气体险情”时发出相应的危险交汇预警信号（危险交汇预警信号类似于：三十分钟后a位置的危险气体交汇浓度会超过危险浓度阈值，会发生危险气体险情），因此基于危险交汇预警信号能够更好的对有可能发生的“危险气体险情”进行预警，从而能够进一步提升矿井内危险气体的险情预警效果。

具体实施过程中，步骤s03中，预测得到不同施工区域之间危险气体的气体交汇点后，根据对应施工区域的气体流动数据以及矿井的地图布局数据进一步预测对应气体交汇点的气体流动路径；然后根据各个气体交汇点的气体流动路径和危险气体交汇浓度，以及其他施工区域的气体流动路径和危险气体浓度计算不同气体交汇点之间、气体交汇点与施工区域之间的新的气体交汇点及其对应的新的危险气体交汇浓度。

实际预警过程中，随着矿井内气流的流动，某一施工区域的危险气体可能会与其他施工区域的危险气体进行多次交汇，而每次交汇后危险气体的浓度都会发生变化。例如，施工区域a和施工区域b的危险气体在第一气体交汇点交汇形成施工区域ab的“混合气流”；施工区域ab的“混合气流”和施工区域c的危险气体在第二气体交汇点交汇形成施工区域abc的混合气流；此时施工区域ab的“混合气流”与施工区域abc的“混合气流”中的危险气体浓度是不同的，会出现施工区域ab的“混合气流”中的危险气体浓度未超标，而施工区域abc的“混合气流”中的危险气体浓度超标的问题。

所以，本发明能够在预测到不同施工区域之间危险气体的气体交汇点后，进一步计算不同气体交汇点之间、气体交汇点与施工区域之间的新的气体交汇点和新的危险气体交汇浓度，使得能够对矿井内危险气体的多次交汇进行预测，进而能够预测危险气体在矿井内流动的全过程，能够更为全面的预测矿井内危险气体浓度变化情况，这能够更好的提前对有可能发生的“危险气体险情”进行预警，从而能够进一步提升矿井内危险气体的险情预警效果。

具体实施过程中，结合图2所示，危险气体险情预警方法还包括以下步骤：

s04：获取矿井内各个施工人员对应的移动状态数据和目标施工区域，并结合矿井的地图布局数据计算各个施工人员对应的人员移动路径；

s05：根据各个施工区域的气体流动路径和危险气体浓度，以及各个施工人员的人员移动路径预测施工人员与危险气体的人气接近点及其对应的危险气体接近浓度；然后在对应人气接近点的危险气体接近浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的人气接近点作为危险接近点。

实际预警过程中，矿井内的携带有危险气体的气流在不断流动，同时施工人员也在（朝目标施工区域方向）移动，因此很容易出现施工人员与危险气体浓度超标的气流接近（相遇）的情况，此时施工人员将会遭遇危险气体险情。所以，本发明计算和预测了各个施工人员的人员移动路径，并预测施工人员与危险气体的人气接近点和危险气体接近浓度，即能够预测施工人员与危险气体的接近情况，并能够定位施工人员与危险气体的人气接近点，使得能够提前对有可能发生的“人气接近险情”进行预警，这同样有助于施工人员避开危险气体险情，从而能够提升矿井内危险气体的险情预警效果。

具体实施过程中，步骤s05中，还根据各个施工区域的气体流动路径和施工人员的人员移动路径计算对应人气接近点的人气接近时间；然后在对应人气接近点的危险气体接近浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的人气接近点作为危险接近点并根据人气接近时间生成相应的接近危险预警信号。

本发明中，能够计算人气接近点的人气接近时间，并能够在提前预测到有可能发生的“人气接近险情”时发出相应的接近危险预警信号（接近危险预警信号类似于：三十分钟后施工人员b会在a位置接近危险气体接近浓度超过危险浓度阈值的气流，会发生人气接近险情），因此基于接近危险预警信号能够更好的对有可能发生的“人气接近险情”进行预警，从而能够进一步提升矿井内危险气体的险情预警效果。

具体实施过程中，步骤s05中，当对应人气接近点的危险气体接近浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，调整对应施工人员的目标施工区域或移动状态，以使得对应施工人员能够错开与危险气体的接近。

本发明中，提前预测到有可能发生的“人气接近险情”时，能够通过调整施工人员的目标施工区域或移动状态的方式，使得施工人员能够错开与危险气体的接近，从而能够更好的保护施工人员、避免施工人员遭遇人气接近险情。

实施例二：

本实施例在实施例一的基础上进一步公开了用于矿井的危险气体预警系统。

结合图3所示，用于矿井的危险气体预警系统，其基于实施例一种的危险气体险情预警方法实施，具体包括：

危险气体采集模块，设置于矿井的各个施工区域和连接通道内，用于获取各个施工区域和连接通道对应的危险气体浓度。具体的，危险气体采集模块为现有技术中成熟使用的瓦斯传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、二氧化硫传感器等组成，用以获取瓦斯、甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫等对人体有害或易爆炸的气体浓度。

流动数据采集模块，设置于矿井的各个施工区域和连接通道内，用于获取各个施工区域和连接通道对应的气体流动数据。具体的，气体流动数据包括气体流向和气体流速。气体流向和气体流速通过现有技术中成熟使用的空气流速传感器获取。

人员数据采集模块，由对应的施工人员携带，用于获取各个施工人员的移动状态数据。具体的，移动状态数据包括施工人员的移动速度和移动方向。人员数据采集模块为现有技术中成熟使用的矿井手持终端或智能手机等能够获取并上传施工人员位置的设备，用以获取施工人员的位置进而计算施工人员的移动速度和移动方向。

危险预警模块，用于根据施工区域和连接通道的气体流动数据以及矿井的地图布局数据计算各个施工区域对应的气体流动路径；还能够根据各个施工区域的气体流动路径和危险气体浓度，以及各个连接通道的危险气体浓度预测不同施工区域之间危险气体的气体交汇点及其对应的气体交汇时间和危险气体交汇浓度，并能够在对应气体交汇点的危险气体交汇浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的气体交汇点作为危险交汇点并根据气体交汇时间生成相应的危险交汇预警信号。

本发明能够计算各个施工区域的气体流动路径，使得能够通过气体流动路径预测各个施工区域的危险气体流动情况，从而能够有效的预测监控矿井内的危险气体。同时，本发明还能够预测不同施工区域之间危险气体的气体交汇点和危险气体交汇浓度，使得能够预测矿井内危险气体浓度变化情况并能够定位危险气体的气体交汇点，即能够提前对有可能发生的“危险气体险情”进行预警，有助于施工人员避开危险气体险情，从而能够提升矿井内危险气体的险情预警效果。进一步的，本发明能够计算气体交汇点的气体交汇时间，并能够在提前预测到有可能发生的“危险气体险情”时发出相应的危险交汇预警信号（危险交汇预警信号类似于：三十分钟后a位置的危险气体交汇浓度会超过危险浓度阈值，会发生危险气体险情），因此基于危险交汇预警信号能够更好的对有可能发生的“危险气体险情”进行预警，从而能够进一步提升矿井内危险气体的险情预警效果。

危险预警模块预测得到不同施工区域之间危险气体的气体交汇点后，还能够根据对应施工区域的气体流动数据以及矿井的地图布局数据进一步预测对应气体交汇点的气体流动路径；然后根据各个气体交汇点的气体流动路径和危险气体交汇浓度，以及其他施工区域的气体流动路径和危险气体浓度计算不同气体交汇点之间、气体交汇点与施工区域之间的新的气体交汇点及其对应的新的危险气体交汇浓度。

本发明能够在预测到不同施工区域之间危险气体的气体交汇点后，进一步计算不同气体交汇点之间、气体交汇点与施工区域之间的新的气体交汇点和新的危险气体交汇浓度，使得能够对矿井内危险气体的多次交汇进行预测，进而能够预测危险气体在矿井内流动的全过程，能够更为全面的预测矿井内危险气体浓度变化情况，这能够更好的提前对有可能发生的“危险气体险情”进行预警，从而能够进一步提升矿井内危险气体的险情预警效果。

危险预警模块还用于根据各个施工人员的移动状态数据和目标施工区域以及矿井的地图布局数据计算各个施工人员对应的人员移动路径；还能够根据各个施工区域的气体流动路径和危险气体浓度，以及各个施工人员的人员移动路径预测施工人员与危险气体的人气接近点及其对应的人气接近时间和危险气体接近浓度；然后在对应人气接近点的危险气体接近浓度大于或等于设置的危险浓度阈值时，将对应的人气接近点作为危险接近点并根据人气接近时间生成相应的接近危险预警信号。

本发明计算和预测了各个施工人员的人员移动路径，并预测施工人员与危险气体的人气接近点和危险气体接近浓度，即能够预测施工人员与危险气体的接近情况，并能够定位施工人员与危险气体的人气接近点，使得能够提前对有可能发生的“人气接近险情”进行预警，这同样有助于施工人员避开危险气体险情，从而能够提升矿井内危险气体的险情预警效果。同时，本发明能够计算人气接近点的人气接近时间，并能够在提前预测到有可能发生的“人气接近险情”时发出相应的接近危险预警信号（接近危险预警信号类似于：三十分钟后施工人员b会在a位置接近危险气体接近浓度超过危险浓度阈值的气流，会发生人气接近险情），因此基于接近危险预警信号能够更好的对有可能发生的“人气接近险情”进行预警，从而能够进一步提升矿井内危险气体的险情预警效果。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。