一种矿井火灾风险监测预警系统的制作方法

1.本实用新型涉及煤矿火灾监测预警技术领域，更具体的涉及一种矿井火灾风险监测预警系统。


背景技术：

2.十三五以来矿井外因火灾或外因火灾引起的爆炸事故频发，造成了大量人员伤亡和财产损失。目前矿井巷道火灾感知手段单一，并存在很大的感知盲区，不能保证安全感知的全覆盖；传感器缺乏自诊断及安全检测仪表缺乏无线接入手段；视频监控信息资源挖掘利用率低，未实现视频火焰与烟雾识别；没有统一矿井巷道火灾监控系统和数据标准，各个系统之间的数据无法共享，资源重复配置；矿井巷道火灾风险辨识方法与预测模型缺失；监控系统数据综合利用率低，缺乏相应的综合管控平台。如何有效地研发和融合各子系统是目前矿井巷道火灾风险动态感知与智能预警面临的主要问题。
3.然而，国内在矿井火灾预警方面重硬件、轻软件，重局部、轻整体，重投入、轻管理的问题，将物理基础设施和信息基础设施分开，没有真正建立有效、开放的矿井输送机胶带火灾风险综合预警管控平台。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种矿井输送机胶带火灾风险监测预警系统，用以解决上述背景技术中提出的问题。
5.本实用新型实施例提供一种矿井火灾风险监测预警系统，包括：一种矿井火灾风险监测预警系统，其特征在于，包括：矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统、矿井外因火灾风险监测预警子系统和矿井火灾风险监控服务器；
6.所述矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统，包括：
7.本安型煤自燃信息无线传感模块，用于采集采空区气体，并获取气体成分和气体浓度；
8.煤自燃火灾风险预警模块，用于对比气体浓度与对应气体成分的预设气体浓度，获取采空区预警信号；
9.所述矿井外因火灾风险监测预警子系统，包括：
10.矿用本安型无线传感模块，用于获取井下设备的烟雾温度和烟雾浓度；
11.矿用本安型球型摄像仪，用于获取井下火灾高危场所的视频图像；
12.矿用隔爆兼本安型边缘计算装置，用于获取视频图像中的烟雾信息并拍照保存；
13.矿井火灾风险监控服务器，用于对比烟雾温度和预设烟雾温度，获取温度预警信号；对比烟雾浓度和预设烟雾浓度，获取浓度预警信号；并且根据采空区预警信号、温度预警信号、浓度预警信号进行预警。
14.进一步地，所述矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统，还包括：
15.内因矿用本安型无线监测装置主机，用于收集本安型煤自燃信息无线传感模块获
取的数据，及存储煤自燃火灾风险预警模块处理后的信息；
16.lora无线传输模块，用于将内因矿用本安型无线监测装置主机存储的信息传递到矿井火灾风险监控服务器；
17.第一矿用隔爆兼本安型直流稳压电源，用于为本安型煤自燃信息无线传感模块、煤自燃火灾风险预警模块、内因矿用本安型无线监测装置主机、及lora无线传输模块供电。
18.进一步地，所述本安型煤自燃信息无线传感模块，包括：
19.束管，为多芯束管，平行于工作面铺设在采空区，采空区等间距铺设多路束管；
20.微型负压抽气泵，用于将采空区气体通过束管抽至气体监测模块；
21.气体监测模块，采用基于tdlas技术的可调谐半导体激光器，用于获取气体成分与气体浓度；
22.压差传感器，用于监测采空区与工作面的压差以确定密封性。
23.进一步地，所述煤自燃火灾风险预警模块，包括：
24.数字建模模块，用于建立采空区三维模型；
25.边缘计算模块，用于对比气体浓度与对应气体成分的预设气体浓度，获取采空区预警信号，并建立数字孪生采空区。
26.进一步地，所述矿井外因火灾风险监测预警子系统，还包括：
27.外因矿用本安型无线监测装置主机，用于收集矿用本安型无线传感模块获取的信息和矿用隔爆兼本安型边缘计算装置处理后的信息；
28.光纤传输模块，用于通过光纤将外因矿用本安型无线监测装置主机收集的信息传输到矿井火灾风险监控服务器；
29.第二矿用隔爆兼本安型直流稳压电源，用于为矿用本安型无线传感模块、矿用本安型球型摄像仪、矿用隔爆兼本安型边缘计算装置、外因矿用本安型无线监测装置主机、光纤传输模块供电。
30.进一步地，
31.所述井下设备包括：输送机胶带、电缆、机电设备；
32.所述井下火灾高危场所包括：输送机胶带、变电所、硐室、井底车场、采煤工作面、电气焊作业区域。
33.进一步地，
34.所述矿用本安型无线传感模块，内置gpu计算模块，用于获取井下设备的烟雾温度和和烟雾浓度；
35.所述矿用隔爆兼本安型边缘计算装置，内置gpu计算模块，用于获取视频图像中的烟雾信息并拍照保存。
36.进一步地，所述矿井火灾风险监控服务器，包括：
37.监控主机，包括：信息收集模块、矿井火灾综合预警模块、数据传输模块；
38.其中，所述信息收集模块，用于收集矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统、矿井外因火灾风险监测预警子系统的数据并传递到矿井火灾综合预警模块；
39.其中，矿井火灾综合预警模块，用于对比烟雾温度和预设烟雾温度，获取温度预警信号；对比烟雾浓度和预设烟雾浓度，获取浓度预警信号；并且根据采空区预警信号、温度预警信号、浓度预警信号进行预警；
40.其中，所述数据传输模块，用于采用5g公网将矿井火灾综合预警模块的数据传输到云端；
41.备份主机，用于储存通过监控主机接收和处理的数据。
42.插电电源，用于为监控主机与备份主机供电。
43.进一步地，本实用新型实施例提供的矿井火灾风险监测预警系统，还包括：移动终端，用于通过登录云端监测实时数据与历史数据；并当矿井火灾风险监控服务器监测到风险时，自动接收信息并报警。
44.进一步地，所述移动终端为：手机、pad及其app；
45.所述手机、pad及其app，采用5g公网通过个人账号登录访问、通过云端获取监控服务器的数据，当矿井火灾风险监控服务器监测到风险时，自动接收信息并报警。
46.本实用新型实施例提供一种矿井火灾风险监测预警系统，与现有技术相比，其有益效果如下：
47.本实用新型提供了一种矿井火灾风险预警平台，该平台集采空区煤自燃灾害与外因火灾风险预警于一体，实现了束管监测系统、视频监测系统、温度监控监测系统、烟气监测系统等监测手段的有机融合，使各系统数据达到了互联互通与融合。具体地，本实用新型采用烟气感知、温度监测及火焰视频智能识别等多手段于一体的监测方法，提高煤矿外因火灾超前预警感知的精度和鲁棒性。具体地，本实用新型根据气体特征，将煤自燃过程划分为七个阶段，建立预警指标体系及阈值，构建气体与温度的映射关系，提高煤自燃危险程度的判定精度，解决什么时候采取哪种防灭火措施的难题。具体地，本实用新型的数字孪生采空区实时显示采空区气体浓度及空间分布规律，结合煤自燃七阶段精细划分方法，绘制显示采空区温度等温线，实现采空区高温位置的可视化判定，解决在哪里采取防灭火措施的难题。具体地，本实用新型根据需要通过app的方式将数据及时推送到管理人员，方便煤矿火灾的安全管理。
附图说明
48.图1为本实用新型实施例提供的矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统示意图；
49.图2为本实用新型实施例提供的矿井外因火灾风险监测预警子系统示意图；
50.图3为本实用新型实施例提供的采空区束管与测点布局示意图。
具体实施方式
51.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
52.本实用新型公开了一种矿井火灾风险监测预警系统，其目的在于解决矿井各监控系统数据无法共享、资源重复配置、数据未深度挖掘、无智能识别与预警等问题，有效避免矿井内因(自燃)与外因火灾隐患，为矿井火灾风险预警与处置提供智能分析平台。物联网技术的应用，打破了传统的思维，为建立矿井火灾风险预警平台提出了新的思路和方法。这对提高煤矿火灾感知的自动化和信息化水平，促进煤矿防灾、减灾和抗灾技术与装备的产
业化升级，保障煤矿安全生产具有重要意义。
53.参见图1～3，本实用新型实施例提供一种矿井火灾风险监测预警系统，该系统包括：
54.矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统、矿井外因火灾风险监测预警子系统、矿井火灾风险监控服务器、移动终端。
55.矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统，包括：矿用本安型煤自燃信息无线传感模块、内因矿用本安型无线监测装置主机、矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、煤自燃火灾风险预警模块、lora无线传输模块。其中，矿用本安型煤自燃信息无线传感器，用于监测煤自燃特征信息及采空区漏风情况。
56.矿用本安型煤自燃信息无线传感模块包括气体监测模块、微型负压抽气泵、束管、压差传感器。气体监测模块为基于tdlas技术的可调谐半导体激光器，在线实时监测o2、n2、co、co2、ch4、c2h4、c2h2气体浓度，束管为多芯束管，平行于工作面铺设在采空区，采空区等间距铺设多路束管，微型负压抽气泵将采空区气体通过束管抽至气体监测模块，气体检测模块分析气体成分与浓度，压差传感器用于监测采空区与工作面的压差确定密封性。
57.矿用本安型无线监测装置主机用于收集矿用本安型煤自燃信息无线传感模块传输的数据。
58.矿用隔爆兼本安型直流稳压电源为矿用本安型煤自燃信息无线传感模块、矿用本安型无线监测装置主机、煤自燃火灾风险监测预警模块、lora无线传输模块提供电源。
59.煤自燃火灾风险预警模块包括数字建模模块、边缘计算模块。数字建模模块建立采空区三维模型，建立采空区三维模型属于现有技术，本实用新型中不再赘述；边缘计算模块分析矿用本安型无线监测装置主机收集的信息，对比气体浓度与对应气体成分的预设气体浓度，获取采空区预警信号，建立数字孪生采空区，可视化呈现采空区气体时空分布信息，相应地，将采空区预警信号显示在采空区三维模型中，亦属于现有技术，本实用新型中不再赘述。
60.矿用本安型无线监测装置主机用于存储煤自燃火灾风险预警模块处理的数据。
61.lora无线传输模块将矿用本安型无线监测装置主机存储的信息传输到矿井火灾风险监控服务器。
62.矿井外因火灾风险监测预警子系统，包括无线传感模块、外因矿用本安型无线监测装置主机、矿用本安型球型摄像仪、矿用隔爆兼本安型边缘计算装置、矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、矿用隔爆兼本安型边缘计算装置、光纤传输模块。
63.无线传感模块包括矿用本安型烟雾传感器、矿用本安型温度传感器，用于监测输送机胶带、电缆设备火灾产生的烟雾浓度与温度。
64.矿用隔爆兼本安型直流稳压电源为矿用本安型无线传感器、外因矿用本安型无线监测装置主机、矿用本安型球型摄像仪、矿用隔爆兼本安型边缘计算装置、光纤传输模块提供电源。
65.矿用本安型球型摄像仪，用于监控输送机胶带、变电所、硐室、井底车场、采煤工作面、电气焊作业区域等井下火灾高危场所。
66.矿用隔爆兼本安型边缘计算装置内置gpu计算模块，基于pycharm火焰烟雾识别算法对视频图像进行智能分析，识别所监控区域皮带、电缆及机电设备等是否有火焰或烟雾
出现，对发现的火焰或烟雾拍照保存。需要说明的是，获取视频图像中的火焰或烟雾信息属于常规的图像处理，属于现有技术，本实用新型中不再赘述。
67.外因矿用本安型无线监测装置主机用于收集矿用隔爆兼本安型边缘计算装置内置gpu计算模块处理的图像以及无线传感模块监测的信息。
68.光纤传输模块通过光纤将外因矿用本安型无线监测装置主机收集的信息传输到矿井火灾风险监控服务器。
69.矿井火灾风险监控服务器，包括监控主机、备份主机、插电电源。
70.监控主机包括信息收集模块、矿井火灾综合预警模块、数据传输模块。
71.信息收集模块通过收集矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统、矿井外因火灾风险监测预警子系统的数据信息并传递到矿井火灾综合预警模块。
72.矿井火灾综合预警模块通过接收煤自燃火灾风险监测预警软件模块传输的数据，对比烟雾温度和预设烟雾温度，获取温度预警信号；对比烟雾浓度和预设烟雾浓度，获取浓度预警信号；并且根据采空区预警信号、温度预警信号、浓度预警信号进行预警；同时对矿井外因火灾风险监测预警子系统发现的火焰或烟雾进行实时跟踪。
73.数据无线传输模块，采用5g公网将矿井火灾综合预警模块的数据传输到云端。
74.备份主机用来储存通过监控主机接收和处理的数据。
75.插电电源为监控主机与备份主机供电。
76.移动终端，包括手机、pad及其app，通过个人登录app访问云端即可获取当前监控服务器数据；当分级预警达到灰色及其以上或矿用隔爆兼本安型边缘计算装置监测到火焰或烟雾时，矿井火灾综合预警模块通过数据传输模块自动发送报警信息到终端并推送相关处理方法，同时终端自动切换画面至矿用本安型球形摄像仪视频画面进行跟踪。
77.实施例：
78.将多芯束管布置在煤层上方，利用负压抽气泵将采空区气体抽至可调谐半导体激光器，可调谐半导体激光器通过激光扫描气体吸收线实时监测o2、n2、co、co2、ch4、c2h4、c2h2气体浓度，将压差传感器布置在工作面测量工作面与采空区压力差；监测的气体浓度与压力传感器监测的压力差传递到煤自燃火灾风险预警模块，设备使用前在预警模块提前建立采空区三维模型，预警模块接收到气体浓度后根据设定的气体指标预警阈值(参见表1)判断采空区气体温度范围与预警名称，同时将判断的采空区各区域温度范围建立在三位模型中，建立数字孪生采空区，通过lora传输模块传递给矿井火灾风险监控服务器。
79.表1煤自然气体指标预警阈值表
[0080][0081]
外因火灾风险监测预警子系统的无线传感模块安装在设备房、电缆附近，矿用本安型球型摄像仪安装在井下火灾高危场所，无线传感模块、矿用本安型球型摄像仪均与矿用隔爆兼本安型边缘计算装置相连，边缘计算装置基于pycharm火焰烟雾识别算法对视频图像进行智能分析，当识别到烟雾或火焰时自动拍照截图保存记录产生报警信号，同时设定无线传感模块温度阈值、气体浓度阈值，利用光纤将数据传递给矿井火灾风险监控服务器。
[0082]
矿井火灾风险监控服务器的备份主机接收并保存矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统与外因火灾风险监测预警子系统实时数据；监控主机对备份主机的数据进行分析，检测外因火灾风险监测预警子系统报警信号与超过预设阈值的温度、气体浓度，矿井煤自燃火灾风险监测预警子系统温度范围；同时监测采煤机当前推进速度并于设定的最低推进速度对比并结合预警名称判断当前主动协同防控方法(参见表2)，将检测到的报警信号、异常温度、异常浓度以及主动协同防控方法自动发送信息至云端与连接的移动终端。
[0083]
表2各级预警与主动协同防控方法表
[0084][0085]
移动终端通过app接收信息，同时各级管理人员能够通过app查看当前与历史数据
记录，了解矿井安全情况。
[0086]
以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围内。