一种基于物联网的矿山生产链智能管控系统的制作方法

1.本发明涉及物联网数据处理技术领域，尤其涉及一种基于物联网的矿山生产链智能管控系统。


背景技术：

2.矿山生产链中安全是首要控制项目，尤其在煤矿生产工作中，煤矿因环境复杂、人员管理困难、可变因素多的特点，在进行安全管理工作时难度较大，因此要保证生产安全，安全性数据的分析精度非常重要。
3.中国专利公告号：cn110568829b，公开了一种矿山全生产链智能管控系统，通过将智能化管理平台、智能化综采平台及智慧矿山平台相结合，基于集中控制、移动应用、物联网、云计算与大数据等技术，实现对矿山的生产、生产辅助自动化系统进行全体系的生产实时监测、远程控制、移动指挥和智能决策管理，但该管控系统未对矿山生产链生产过程中的安全性数据精确分析导致矿山生产安全性低。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种基于物联网的矿山生产链智能管控系统，用以克服现有技术中由于未对矿山生产链过程中的安全数据精确分析导致矿山生产安全性低的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种基于物联网的矿山生产链智能管控系统,包括，采集模块，用以实时采集矿山生产过程中的安全性数据；分析模块，用以根据采集的安全性数据进行数据分析，其与所述采集模块连接，所述分析模块包括，计算单元、调节单元、校正单元和修正单元，所述计算单元用以根据煤层倾角和煤层顶板厚度计算安全系数a，所述调节单元用以根据瓦斯含量选取调节系数g对安全系数a进行调节，所述调节单元与所述计算单元连接，在进行调节时，所述校正单元用以根据地温对调节系数g进行校正，所述校正单元与所述调节单元连接，调节完成后，所述修正单元用以根据涌水量对调节后的安全系数a’进行修正，所述修正单元与所述校正单元连接；判断模块，用以根据修正后的安全系数a”判断采煤安全性,其与所述分析模块连接；控制模块，用以根据采煤安全性判断结果控制采煤机的工作状态，当采煤过程存在低风险时，所述控制模块还用以限制采煤机的采煤速度p和采煤时长t0，并绘制t0时间内安全系数曲线，同时，所述控制模块还用以根据所述安全系数曲线的曲线趋势控制所述t0时间后的采煤状态，在判断曲线趋势时，所述控制模块还用以计算所述安全系数曲线的斜率，并以此进行曲线趋势判断，其与所述判断模块连接。
6.进一步地，所述分析模块在对安全性数据进行分析时，所述计算单元计算安全系数a,设定a=0.5
×
w0/w 0.5
×
s/s0，式中，w为采集的煤层倾角，w0为预设煤层倾角，s为采集的煤层顶板厚度，s0为预设煤层顶板厚度。
7.进一步地，所述计算单元在计算安全系数a后，所述调节单元对安全系数a进行调节，所述调节单元将实时采集的瓦斯含量b与预设瓦斯含量b0进行比对，并根据比对结果选取调节系数对安全系数a进行调节，其中，当b≤b0时，所述调节单元不进行调节；当b＞b0时，所述调节单元选取调节系数g对安全系数a进行调节，以降低安全系数a，设定g＝1-（b-b0）/b,调节后的安全系数为a’，设定a’=a
×
g。
8.进一步地，所述校正单元在对调节系数g校正时，将实时采集的地温d与预设地温d0进行比对，并根据比对结果选取校正系数对调节系数g进行校正，其中，当d≤d0时，所述校正单元不进行校正；当d＞d0时，所述校正单元选取校正系数j对调节系数g进行校正，以降低调节系数g，设定j＝1-（d-d0）/d,校正后的调节系数为g’，设定g’=g
×
j，此时调节后的安全系数a’=a
×
g’。
9.进一步地，所述修正单元在对调节后的安全系数a’进行修正时，将实时采集的涌水量y与预设涌水量y0进行比对，并根据比对结果选取修正系数对调节后的安全系数a’进行修正，其中，当0＜y≤y0时，所述修正单元选取第一修正系数k1对调节后的安全系数a’进行修正，k1为预设值，0.95＜k1＜1；当y＞y0时，所述修正单元选取第二修正系数k2对调节后的安全系数a’进行修正，以降低调节后的安全系数a’，设定k2＝k1-k1
×
（y-y0）/y；其中，当选取修正系数ki对调节后的安全系数a’进行修正时，设定i＝1，2，修正后的安全系数为a”，设定a”=a
’×
ki。
10.进一步地，所述判断模块在判断采煤安全性时，将修正后的安全系数a”与预设安全系数a0进行比对,并根据比对结果对采煤安全性进行判定，其中，当a”≥1时，所述判断模块判定采煤过程安全；当a0＜a”＜1时，所述判断模块判定采煤过程存在低风险；当a”≤a0时，所述判断模块判定采煤过程存在高风险。
11.进一步地，所述控制模块在控制采煤机的工作状态时，根据采煤安全性判断结果控制采煤机的工作过程，其中，当判定采煤过程安全时，所述控制模块控制采煤机进行采煤；当判定采煤过程存在低风险时，所述控制模块将采煤机的采煤速度限制为p，并将采煤时长限制为t0，设定p=p0
×
a”,式中，p0为预设最大采煤速度；当判定采煤过程存在高风险时，所述控制模块控制采煤机停止采煤并更换工作面。
12.进一步地，当采煤过程存在低风险时，所述控制模块记录t0时间内的各时间节点的安全系数，并以此绘制安全系数曲线，所述控制模块根据安全系数曲线的曲线趋势控制t0时间后的采煤状态，其中，当安全系数曲线为上升趋势时，所述控制模块控制采煤机继续采煤；当安全系数曲线为非上升趋势时，所述控制模块控制采煤机停止采煤并更换工作面。
13.进一步地，所述控制模块在判断安全系数曲线的曲线趋势时，所述控制模块获取安全系数曲线的首尾两个端点坐标计算曲线斜率x，所述控制模块将曲线斜率x与预设曲线斜率x0进行比对，x0＞0，并根据比对结果判断安全系数曲线的曲线趋势，其中，当x≥x0时，所述控制模块判定安全系数曲线为上升趋势；当x＜x0时，所述控制模块判定安全系数曲线为非上升趋势。
14.进一步地，所述安全性数据包括煤层倾角、瓦斯含量、地温、涌水量和煤层顶板厚度。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本实施例所述系统应用于矿山生产链，所述采集模块通过物联网实时采集矿山生产过程中的安全性数据,可有效提高采集的精度，从而提高矿山生产的安全性，且本实施例所述系统还设有分析模块，对采集的安全性数据进行数据分析，可有效提高采集的安全性数据的精度，从而提高矿山生产的安全性，同时，本实施例所述系统还设有判断模块根据安全系数判断采煤安全性，可有效提高采煤安全性的精度，从而提高矿山生产的安全性，本实施例所述系统还设有控制模块根据采煤安全性判断结果控制采煤机的工作状态，可有效提高采煤安全，从而进一步提高矿山生产的安全性。
16.尤其，本实施例所述分析模块在对安全性数据进行分析时，通过将预设煤层倾角与采集的煤层倾角比值加权和采集的煤层顶板厚度与预设煤层顶板厚度比值加权，计算安全系数，可有效提高安全系数的计算精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
17.尤其，本实施例所述调节单元对安全系数进行调节时，将实时采集的瓦斯含量与预设瓦斯含量进行比对，若实时采集的瓦斯含量在预设瓦斯含量以内，所述调节单元不进行调节，若实时采集的瓦斯含量在预设瓦斯含量以外，所述调节单元选取调节系数对安全系数进行调节，以降低安全系数，可有效提高安全系数的精度，从而提高矿山生产的安全性。
18.尤其，本实施例所述校正单元在对调节系数校正时，将实时采集的地温与预设地温进行比对，若实时采集的地温在预设地温以内，所述校正单元判定该地温安全不进行校正，若实时采集的地温在预设地温以外，所述校正单元判定该地温不安全，所述校正单元选取校正系数对调节系数进行校正，以降低调节系数, 可有效提高调节系数的精度，以进一步提高安全系数的精度，从而提高矿山生产的安全性。
19.尤其，本实施例所述修正单元在对调节后的安全系数进行修正时，将实时采集的涌水量与预设涌水量进行比对，若实时采集的涌水量大于0且在预设涌水量以内，所述修正单元选取第一修正系数对调节后的安全系数进行修正, 以降低调节后的安全系数，若实时采集的涌水量在预设涌水量以外，所述修正单元选取第二修正系数对调节后的安全系数进行修正，并根据第一修正系数计算第二修正系数，以进一步降低调节后的安全系数，可有效提高调节后的安全系数的精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
20.尤其，本实施例所述判断模块在判断采煤安全性时，将修正后的安全系数与预设安全系数进行比对,若修正后的安全系数大于等于1，所述判断模块判定采煤过程安全，若修正后的安全系数大于预设安全系数且小于1，所述判断模块判定采煤过程存在低风险，若修正后的安全系数小于等于预设安全系数, 所述判断模块判定采煤过程存在高风险, 可有效提高采煤安全性的精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
21.尤其，本实施例所述采煤速度为单位时间内的采煤量，所述控制模块在控制采煤机的工作状态时，根据采煤安全性判断结果控制采煤机的工作过程，若采煤安全性判断结果为采煤过程安全时，所述控制模块控制采煤机进行采煤，若采煤安全性判断结果为采煤过程存在低风险时，所述控制模块控制采煤机在限定的采煤速度p和限定的采煤时长t0范围内采煤，且预设最大采煤速度p0，设定采煤速度p等于预设最大采煤速度p0与修正后的安全系数a”的乘积,若采煤安全性判断结果为采煤过程存在高风险时，所述控制模块控制采煤机停止采煤并更换工作面，可有效提高采煤机采煤工作的精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
22.尤其，本实施例当采煤过程存在低风险时，所述控制模块记录采煤时长t0时间内的各时间节点的安全系数，并以此绘制安全系数曲线，所述控制模块根据安全系数曲线的曲线趋势控制t0时间后的采煤状态，若安全系数曲线为上升趋势时，所述控制模块控制采煤机继续采煤,若安全系数曲线为非上升趋势时，所述控制模块控制采煤机更换工作面，以控制采煤机在低风险时采煤的工作状态，可有效提高采煤机采煤工作的精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
23.尤其，本实施例所述控制模块在判断安全系数曲线的曲线趋势时，所述控制模块获取安全系数曲线的首尾两个端点坐标计算曲线斜率x，所述控制模块将曲线斜率x与预设曲线斜率x0进行比对，x0大于0，若曲线斜率x大于等于预设曲线斜率x0，所述控制模块判定安全系数曲线为上升趋势，若曲线斜率x小于预设曲线斜率x0，所述控制模块判定安全系数曲线为非上升趋势，可有效提高安全系数曲线的曲线趋势判断精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
附图说明
24.图1为本发明实施例中基于物联网的矿山生产链智能管控系统的结构示意图。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
26.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
27.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.请参阅图1所示，其为本实施例基于物联网的矿山生产链智能管控系统,所述系统包括，采集模块，用以实时采集矿山生产过程中的安全性数据，所述安全性数据包括煤层倾角、瓦斯含量、地温、涌水量和煤层顶板厚度等；分析模块，用以根据采集的安全性数据进行数据分析，其与所述采集模块连接，所
述分析模块包括，计算单元、调节单元、校正单元和修正单元，所述计算单元用以根据煤层倾角和煤层顶板厚度计算安全系数a，所述调节单元用以根据瓦斯含量选取调节系数g对安全系数a进行调节，所述调节单元与所述计算单元连接，在进行调节时，所述校正单元用以根据地温对调节系数g进行校正，所述校正单元与所述调节单元连接，调节完成后，所述修正单元用以根据涌水量对调节后的安全系数a’进行修正，所述修正单元与所述校正单元连接；判断模块，用以根据修正后的安全系数a”判断采煤安全性,其与所述分析模块连接；控制模块，用以根据采煤安全性判断结果控制采煤机的工作状态，当采煤过程存在低风险时，所述控制模块还用以限制采煤机的采煤速度p和采煤时长t0，并绘制t0时间内安全系数曲线，同时，所述控制模块还用以根据所述安全系数曲线的曲线趋势控制所述t0时间后的采煤状态，在判断曲线趋势时，所述控制模块还用以计算所述安全系数曲线的斜率，并以此进行曲线趋势判断，其与所述判断模块连接。
29.具体而言，本实施例所述系统应用于矿山生产链，所述采集模块通过物联网实时采集矿山生产过程中的安全性数据,可有效提高采集的精度，从而提高矿山生产的安全性，且本实施例所述系统还设有分析模块，对采集的安全性数据进行数据分析，可有效提高采集的安全性数据的精度，从而提高矿山生产的安全性，同时，本实施例所述系统还设有判断模块根据安全系数判断采煤安全性，可有效提高采煤安全性的精度，从而提高矿山生产的安全性，本实施例所述系统还设有控制模块根据采煤安全性判断结果控制采煤机的工作状态，可有效提高采煤安全，从而进一步提高矿山生产的安全性。
30.具体而言，本实施例所述系统在进行应用时，通过物联网实时采集矿山生产过程中的安全性数据，并通过分析模块对安全性数据进行分析，再通过判断模块判断采煤安全性，最后通过控制模块根据采煤安全性判断结果控制采煤机的工作状态，以此实现生产调度的智能管控，有效保证了生产调度的智能管控精度，从而提高矿山生产的安全性，在采煤机采煤的同时，所述系统控制刮板、皮带运输机，将煤运输至采区上、下山皮带运输机上，由采区上、下山皮带运输机将煤运输至井底煤库，再由主井提升皮带运输机将煤运输至地面筛分车间，车，最后由地面转载皮带将煤运输至地面筒仓，所述系统以此完成对装运的控制过程。本实施例中所述物联网数据采集的过程是通过甲烷检测仪检测瓦斯含量，通过倾斜仪检测煤层倾角,通过测厚传感器检测煤层顶板厚度,通过温度传感器检测地温，通过水位传感器检测涌水量，所述甲烷检测仪、倾斜仪、测厚传感器、温度传感器和水位传感器将检测得到的数据通过矿井内的电缆传输到所述系统，实现物联网数据的采集。
31.具体而言，所述分析模块在对安全性数据进行分析时，所述计算单元计算安全系数a,设定a=0.5
×
w0/w 0.5
×
s/s0，式中，w为采集的煤层倾角，w0为预设煤层倾角，s为采集的煤层顶板厚度，s0为预设煤层顶板厚度。
32.具体而言，本实施例所述分析模块在对安全性数据进行分析时，通过将预设煤层倾角与采集的煤层倾角比值加权和采集的煤层顶板厚度与预设煤层顶板厚度比值加权，计算安全系数，可有效提高安全系数的计算精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
33.具体而言，所述计算单元在计算安全系数a后，所述调节单元对安全系数a进行调节，所述调节单元将实时采集的瓦斯含量b与预设瓦斯含量b0进行比对，并根据比对结果选
取调节系数对安全系数a进行调节，其中，当b≤b0时，所述调节单元不进行调节；当b＞b0时，所述调节单元选取调节系数g对安全系数a进行调节，以降低安全系数a，设定g＝1-（b-b0）/b,调节后的安全系数为a’，设定a’=a
×
g。
34.具体而言，本实施例所述调节单元对安全系数进行调节时，将实时采集的瓦斯含量与预设瓦斯含量进行比对，若实时采集的瓦斯含量在预设瓦斯含量以内，所述调节单元不进行调节，若实时采集的瓦斯含量在预设瓦斯含量以外，所述调节单元选取调节系数对安全系数进行调节，以降低安全系数，可有效提高安全系数的精度，从而提高矿山生产的安全性。
35.具体而言，所述校正单元在对调节系数g校正时，将实时采集的地温d与预设地温d0进行比对，并根据比对结果选取校正系数对调节系数g进行校正，其中，当d≤d0时，所述校正单元不进行校正；当d＞d0时，所述校正单元选取校正系数j对调节系数g进行校正，以降低调节系数g，设定j＝1-（d-d0）/d,校正后的调节系数为g’，设定g’=g
×
j，此时调节后的安全系数a’=a
×
g’。
36.具体而言，本实施例所述校正单元在对调节系数校正时，将实时采集的地温与预设地温进行比对，若实时采集的地温在预设地温以内，所述校正单元判定该地温安全不进行校正，若实时采集的地温在预设地温以外，所述校正单元判定该地温不安全，所述校正单元选取校正系数对调节系数进行校正，以降低调节系数, 可有效提高调节系数的精度，以进一步提高安全系数的精度，从而提高矿山生产的安全性。
37.具体而言，所述修正单元在对调节后的安全系数a’进行修正时，将实时采集的涌水量y与预设涌水量y0进行比对，并根据比对结果选取修正系数对调节后的安全系数a’进行修正，其中，当0＜y≤y0时，所述修正单元选取第一修正系数k1对调节后的安全系数a’进行修正，k1为预设值，0.95＜k1＜1；当y＞y0时，所述修正单元选取第二修正系数k2对调节后的安全系数a’进行修正，以降低调节后的安全系数a’，设定k2＝k1-k1
×
（y-y0）/y；其中，当选取修正系数ki对调节后的安全系数a’进行修正时，设定i＝1，2，修正后的安全系数为a”，设定a”=a
’×
ki。
38.具体而言，本实施例所述修正单元在对调节后的安全系数进行修正时，将实时采集的涌水量与预设涌水量进行比对，若实时采集的涌水量大于0且在预设涌水量以内，所述修正单元选取第一修正系数对调节后的安全系数进行修正, 以降低调节后的安全系数，若实时采集的涌水量在预设涌水量以外，所述修正单元选取第二修正系数对调节后的安全系数进行修正，并根据第一修正系数计算第二修正系数，以进一步降低调节后的安全系数，可有效提高调节后的安全系数的精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
39.具体而言，所述判断模块在判断采煤安全性时，将修正后的安全系数a”与预设安全系数a0进行比对,并根据比对结果对采煤安全性进行判定，其中，当a”≥1时，所述判断模块判定采煤过程安全；当a0＜a”＜1时，所述判断模块判定采煤过程存在低风险；
当a”≤a0时，所述判断模块判定采煤过程存在高风险。
40.具体而言，本实施例所述判断模块在判断采煤安全性时，将修正后的安全系数与预设安全系数进行比对,若修正后的安全系数大于等于1，所述判断模块判定采煤过程安全，若修正后的安全系数大于预设安全系数且小于1，所述判断模块判定采煤过程存在低风险，若修正后的安全系数小于等于预设安全系数, 所述判断模块判定采煤过程存在高风险, 可有效提高采煤安全性的精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
41.具体而言，所述控制模块在控制采煤机的工作状态时，根据采煤安全性判断结果控制采煤机的工作过程，其中，当判定采煤过程安全时，所述控制模块控制采煤机进行采煤；当判定采煤过程存在低风险时，所述控制模块将采煤机的采煤速度限制为p，并将采煤时长限制为t0，设定p=p0
×
a”,式中，p0为预设最大采煤速度；当判定采煤过程存在高风险时，所述控制模块控制采煤机停止采煤并更换工作面。
42.具体而言，本实施例所述采煤速度为单位时间内的采煤量,所述控制模块在控制采煤机的工作状态时，根据采煤安全性判断结果控制采煤机的工作过程，若采煤安全性判断结果为采煤过程安全时，所述控制模块控制采煤机进行采煤，若采煤安全性判断结果为采煤过程存在低风险时，所述控制模块控制采煤机在限定的采煤速度p和限定的采煤时长t0范围内采煤，且预设最大采煤速度p0，设定采煤速度p等于预设最大采煤速度p0与修正后的安全系数a”的乘积,若采煤安全性判断结果为采煤过程存在高风险时，所述控制模块控制采煤机停止采煤并更换工作面，可有效提高采煤机采煤工作的精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。可以理解的是，本实施例未对采煤速度做具体限定，本领域技术人员可设定最大采煤速度，本领域技术人员还可以采用其他方式对采煤速度进行限定，只需满足对采煤速度的限定需求即可。
43.具体而言，当采煤过程存在低风险时，所述控制模块记录t0时间内的各时间节点的安全系数，并以此绘制安全系数曲线，所述控制模块根据安全系数曲线的曲线趋势控制t0时间后的采煤状态，其中，当安全系数曲线为上升趋势时，所述控制模块控制采煤机继续采煤；当安全系数曲线为非上升趋势时，所述控制模块控制采煤机停止采煤并更换工作面。
44.具体而言，本实施例当采煤过程存在低风险时，所述控制模块记录采煤时长t0时间内的各时间节点的安全系数，并以此绘制安全系数曲线，所述控制模块根据安全系数曲线的曲线趋势控制t0时间后的采煤状态，若安全系数曲线为上升趋势时，所述控制模块控制采煤机继续采煤,若安全系数曲线为非上升趋势时，所述控制模块控制采煤机更换工作面，以控制采煤机在低风险时采煤的工作状态，可有效提高采煤机采煤工作的精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
45.具体而言，所述控制模块在判断安全系数曲线的曲线趋势时，所述控制模块获取安全系数曲线的首尾两个端点坐标计算曲线斜率x，所述控制模块将曲线斜率x与预设曲线斜率x0进行比对，x0＞0，并根据比对结果判断安全系数曲线的曲线趋势，其中，当x≥x0时，所述控制模块判定安全系数曲线为上升趋势；
当x＜x0时，所述控制模块判定安全系数曲线为非上升趋势。
46.具体而言，本实施例所述控制模块在判断安全系数曲线的曲线趋势时，所述控制模块获取安全系数曲线的首尾两个端点坐标计算曲线斜率x，所述控制模块将曲线斜率x与预设曲线斜率x0进行比对，x0大于0，若曲线斜率x大于等于预设曲线斜率x0，所述控制模块判定安全系数曲线为上升趋势，若曲线斜率x小于预设曲线斜率x0，所述控制模块判定安全系数曲线为非上升趋势，可有效提高安全系数曲线的曲线趋势判断精度，从而进一步提高矿山生产的安全性。
47.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。