一种煤矿粉尘的监测与模拟验证方法与流程

1.本发明涉及矿区粉尘监测技术领域，尤其涉及一种煤矿粉尘的监测与模拟验证方法。


背景技术：

2.粉尘，是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上对粉尘有许多名称，如灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末等，这些名词没有明显的界限。国际标准化组织规定，粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。在大气中粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一，大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响，但在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因；
3.矿区，指统一规划和开发的煤田或其一部分，包括若干矿井或露天矿的区域，有完整的生产工艺、地面运输、电力供应、通讯调度、生产管理及生活服务等设施，其范围常视矿床的规模而定，在煤矿区的开采作业中，会产生大量的粉尘，粉尘浓度过大，很容易就对煤矿区的工人带来危害；
4.然而，目前煤矿区中，对粉尘的监测普遍使用的都是粉尘采样器，粉尘采样器的优点是测量精度较高,但影响测量精度的因素较多，占用房间和设备较多，同时，国内外研究了多种测量粉尘浓度的方法，如过滤称重法、β射线法、压电晶体感应法等，其中称重法是最基本的测量方法，但其不能用于粉尘浓度的连续监测，而β射线法虽然测量准确，但它需要对粉尘进行采样后对比测量，很难实现粉尘浓度的在线监测，继而无法满足目前煤矿区安全生产在线监测的要求，因此本发明提出一种煤矿粉尘的监测与模拟验证方法以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的在于提出一种煤矿粉尘的监测与模拟验证方法，该种煤矿粉尘的监测与模拟验证方法具有监测连续性强、监测效果好的优点，来解决现有技术中很难实现粉尘浓度在线监测的问题。
6.为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种煤矿粉尘的监测与模拟验证方法，包括以下步骤：
7.步骤一、设备布置
8.先确定待监测煤矿区的大小，并根据确定的煤矿区大小来确定粉尘监测点的数量，再确定粉尘监测点数量之后，再进行粉尘监测设备和粉尘传感器的安装，即将粉尘监测设备和粉尘传感器均匀的布置在各个粉尘监测点内，再将粉尘监测设备和粉尘传感器与总计算机进行连接；
9.步骤二、数据获取及处理
10.根据步骤一中所布置的粉尘监测设备和粉尘传感器，通过总计算机获取各个粉尘监测点的粉尘数据，再通过总计算机对获取的粉尘数据进行处理，其中，粉尘监测设备获取
的是粉尘图像数据，粉尘传感器获取的是粉尘数据电信号，粉尘数据电信号通过信号放大电路模块放大，再通过总计算机对其进行滤波，提取所需要的数据；
11.步骤三、数据分析及处理
12.根据步骤二中处理好的粉尘图像数据，利用软件粉尘图像数据进行处理和计算，得到出处理后粉尘图像的灰度值，再根据得到的灰度值与不同湿度和照度下的灰度-粉尘浓度曲线对比，得到粉尘浓度，再将出的粉尘浓度与粉尘传感器监测的粉尘浓度进行结合，取其平均值作为评判标准，根据该评判标准与预设的标准时进行比对，当评判标准超过预设的标准时，总计算机通过粉尘监测设备发出警报信息，并反馈至管理人员，采取后续的降尘措施；
13.步骤四、模拟验证
14.在总计算机中，采用大气模型软件，以待监测煤矿区为中心，进行模拟验证，通过将待监测煤矿区中各监测点的模拟值和监测值进行对比和分析，验证监测方法的准确性。
15.进一步改进在于：所述步骤一中，粉尘监测设备由摄像机、气压计、湿度计、照度计、光源组、风量计以及语音提示器组成，且粉尘监测设备与粉尘传感器均处于同一高度的不同位置。
16.进一步改进在于：所述步骤一中，粉尘监测设备和粉尘传感器与总计算机之间采用zigbee通信技术连接，且粉尘传感器还配备有信号放大电路模块。
17.进一步改进在于：所述步骤二中，总计算机内还设有参数设定模块和滤波电路模块，参数设定模块用于用户对采样的参数进行设定，且参数包括采用频率和采用时间，在设定好的参数情况下，总计算机自行进行粉尘监测。
18.进一步改进在于：所述步骤二中，对获取的粉尘图像数据采用均值滤波进行处理，再对处理后的粉尘图像数据中人为加入运动模糊，再采用约束最小二乘法进行图像修复。
19.进一步改进在于：所述步骤三中，不同粉尘监测点所监测的粉尘数据以及粉尘数据结果均储存在总计算机内，同时，利用总计算机对粉尘数据结果生成对应的数据图表，方便对煤矿区内粉尘量的趋势进行分析。
20.进一步改进在于：所述步骤三中，当得出的粉尘浓度与粉尘传感器监测的浓度之间的差异大于预设的阈值时，则总计算机对该粉尘浓度对应的粉尘监测点进行标记，并重新采集该监测点的粉尘数据，再次进行计算，若粉尘浓度与粉尘传感器监测的浓度之间的差异仍然大于阈值时，则发出警报信息，并反馈至管理人员。
21.进一步改进在于：所述步骤四中，受煤矿区一年四季开采强度不同，继而在模拟验证的过程中，在四季内各选一个代表月进行模拟煤矿区的粉尘情况。
22.本发明的有益效果为：该种煤矿粉尘的监测与模拟验证方法通过在粉尘监测点布置粉尘监测设备和粉尘传感器，采用图像处理技术来计算粉尘监测点的粉尘浓度，并与粉尘传感器采集的粉尘浓度进行结合，能够有效的提升粉尘监测数据的精准度，同时，监测的过程中无需人工介入，能够对各个粉尘监测点进行连续的粉尘监测，且能够根据粉尘监测的结果，来进行后续的措施安排，继而能够满足目前矿区安全生产在线监测的需求。
附图说明
23.图1是本发明的步骤流程示意图。
具体实施方式
24.为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
25.实施例一
26.根据图1所示，本实施例提出了一种煤矿粉尘的监测与模拟验证方法，包括以下步骤：
27.步骤一、设备布置
28.先确定待监测煤矿区的大小，并根据确定的煤矿区大小来确定粉尘监测点的数量，再确定粉尘监测点数量之后，再进行粉尘监测设备和粉尘传感器的安装，即将粉尘监测设备和粉尘传感器均匀的布置在各个粉尘监测点内，再将粉尘监测设备和粉尘传感器与总计算机进行连接，粉尘监测设备由摄像机、气压计、湿度计、照度计、光源组、风量计以及语音提示器组成，且粉尘监测设备与粉尘传感器均处于同一高度的不同位置，粉尘监测设备和粉尘传感器与总计算机之间采用zigbee通信技术连接，且粉尘传感器还配备有信号放大电路模块；
29.步骤二、数据获取及处理
30.根据步骤一中所布置的粉尘监测设备和粉尘传感器，通过总计算机获取各个粉尘监测点的粉尘数据，再通过总计算机对获取的粉尘数据进行处理，其中，粉尘监测设备获取的是粉尘图像数据，粉尘传感器获取的是粉尘数据电信号，粉尘数据电信号通过信号放大电路模块放大，再通过总计算机对其进行滤波(总计算机内设有滤波电路模块)，提取所需要的数据，总计算机内还设有参数设定模块和滤波电路模块，参数设定模块用于用户对采样的参数进行设定，且参数包括采用频率和采用时间，在设定好的参数情况下，总计算机自行进行粉尘监测，对获取的粉尘图像数据采用均值滤波进行处理，再对处理后的粉尘图像数据中人为加入运动模糊，再采用约束最小二乘法进行图像修复；
31.步骤三、数据分析及处理
32.根据步骤二中处理好的粉尘图像数据，利用软件粉尘图像数据进行处理和计算，得到出处理后粉尘图像的灰度值，再根据得到的灰度值与不同湿度和照度下的灰度-粉尘浓度曲线对比，得到粉尘浓度，再将出的粉尘浓度与粉尘传感器监测的粉尘浓度进行结合，取其平均值作为评判标准，根据该评判标准与预设的标准时进行比对，当评判标准超过预设的标准时，总计算机通过粉尘监测设备发出警报信息，并反馈至管理人员，采取后续的降尘措施，不同粉尘监测点所监测的粉尘数据以及粉尘数据结果均储存在总计算机内，同时，利用总计算机对粉尘数据结果生成对应的数据图表，方便对煤矿区内粉尘量的趋势进行分析，当得出的粉尘浓度与粉尘传感器监测的浓度之间的差异大于预设的阈值时，则总计算机对该粉尘浓度对应的粉尘监测点进行标记，并重新采集该监测点的粉尘数据，再次进行计算，若粉尘浓度与粉尘传感器监测的浓度之间的差异仍然大于阈值时，则发出警报信息，并反馈至管理人员；
33.步骤四、模拟验证
34.在总计算机中，采用大气模型软件，以待监测煤矿区为中心，进行模拟验证，通过将待监测煤矿区中各监测点的模拟值和监测值进行对比和分析，验证监测方法的准确性，受煤矿区一年四季开采强度不同，继而在模拟验证的过程中，在四季内各选一个代表月进
行模拟煤矿区的粉尘情况，即减少了模拟验证的工作量，同时，通过采用选一个代表月进行模型验证，也能在一定程度上保证了模拟验证的精准度。
35.其中摄像机用于拍摄当前粉尘监测点的粉尘图像数据，气压计用于监测当前粉尘监测点的气压数据，湿度计则用于监测当前粉尘监测点的湿度数据，照度计则是测量照度的仪器，光源组采用的是led光源，用于根据需求提供光源，风量计则是监测当前粉尘监测点的风量，而语音提示器则是方便根据总计算机的指令，来发出语音警报信息。
36.在粉尘监测设备和粉尘传感器与总计算机之间的连接过程中，采用的是zigbee通信技术进行连接，有利于减少线材的布置，使得数据传输更加方便。
37.步骤二中，用户(管理人员)通过参数设定模块进行参数的设定，即总计算机在设定好参数的情况下，自行进行粉尘监测点的粉尘监测作业，继而无需人工过多的介入，即可自行完成粉尘监测作业，自动化程度交高。
38.同时，在步骤二中，可以在无粉尘时预先采集背景图片，之后对背景图片进行预处理去除系统噪声，再用粉尘图片与背景图像相减除，去掉粉尘图像中的背景信息，有效避免拍摄时因外部环境产生的干扰。
39.实施例二
40.本实施例二与实施例一的主要区别在于，由于煤矿区的粉尘监测点较多，即粉尘监测设备和粉尘传感器的数量也多，在粉尘监测设备和粉尘传感器之间还布设有中继控制器，由一组中继控制器来与多组粉尘监测点内的设备进行连接，再由多组中继控制器与总计算机进行连接，使得在粉尘监测的过程中，更加容易管理。
41.同时，在发出警报信息后，需要对当前粉尘监测点的工作人员进行疏散，之后开启对应的降尘措施，直至当前粉尘监测点的粉尘浓度处于要求之内。
42.本发明通过在粉尘监测点布置粉尘监测设备和粉尘传感器，采用图像处理技术来计算粉尘监测点的粉尘浓度，并与粉尘传感器采集的粉尘浓度进行结合，能够有效的提升粉尘监测数据的精准度，同时，监测的过程中无需人工介入，能够对各个粉尘监测点进行连续的粉尘监测，且能够根据粉尘监测的结果，来进行后续的措施安排，继而能够满足目前矿区安全生产在线监测的需求。
43.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。