基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统，所述报警系统通过在采煤工作面液压支架上和巷道安装测速及测距装置，并对所采集的距离和速度数据进行实时监测，当通过数据监测到采煤工作面和出现异常水流，则判定为数据异常；当监测到水流持续时间超过设定的时间阈值，则发出水灾报警信号。所述报警系统充分考虑了煤矿采煤工作面水灾的特征特点，实施简单，自动及时采取相应措施，可第一时间准确地对矿井采煤工作面突水进行报警，为未在发生现场的其它区域井下人员争取宝贵的救灾和逃生时间。

【技术实现步骤摘要】
基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统
本专利技术涉及一种基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统，该系统涉及超声波、微波测距、测速技术和通信等领域。
技术介绍
煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。我国煤矿发生重特大事故中，矿井水灾时对矿井危害性较大的自然灾害，以煤矿事故死亡的人数计算，水害事故占15.72％，仅次于瓦斯和顶板事故，位居第三，矿井发生水灾事故后，其危害包括：1、冲毁巷道，埋压、淹没和封堵人员。2、伴随突水，会有大量的煤泥和岩石淤积巷道，给人员逃生造成困难。3、损坏设备。井下电器，电缆被水浸泡后，其绝缘能力迅速下降，给井下的运输、通风、排水等造成困难，使未及时逃离人员的生还几率降低。4、涌出大量的有毒有害气体，使未及时逃离人员的生存条件环境更加恶化。综上所述，矿井水灾是煤矿严重的灾害，在煤矿生产中对矿井水灾的报警必须做到及时准确。目前水灾预警以水文探测预防、井下探水、先兆现象观测和为主，水文探测和井下探水可预防井下水灾事故，但由于还可能存在水文情况复杂、设计不当、措施不力、管理不善和人的思想麻痹等原因，水文探测和井下探水并不能完全防止突水的发生，更不能对突发的井下突水进行报警；先兆现象观测以人为经验判断为主，存在较大的主观因素。目前对于现场突水事故，主要依靠现场人员的人工报警，但当突水发生在无人值守的时间或区域，或者现场人员匆忙逃离而未能主动报警，调度室就无法及时的获得已发生突水的信息，无法及时地通知井下相关工作人员，以致不能对突水事故及时采取应急措施，易造成水害失控和人员伤亡。为有效减少水灾引起的矿山财产损失和人员伤亡，需要新的井下水灾报警方法，可第一时间准确地对井下突水进行报警，为未在发生现场的其它区域井下人员争取宝贵的救灾和逃生时间。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统，在采煤工作面液压支架上安装至少1个测距装置或测速装置，所述测距装置采集该装置到设定方向上障碍物的距离数据，所述测速装置采集设定方向上的物体移动速度，用于监测异常水流；在矿井巷道内安装至少1个测距装置或测速装置，所述测距装置采集该装置到底板方向上障碍物的距离数据，所述测速装置采集巷道轴向的物体移动速度，用于监测巷道异常积水；系统采集矿井水仓水位或水文监测数据；当系统根据距离或速度数据监测到采煤工作面异常水流、或巷道异常积水，且矿井水仓水位或水文监测数据异常时，则发出水灾报警。1.所述水灾报警系统进一步包括：所述测距装置包括一种或多种超声波测距传感器、微波雷达。2.所述水灾报警系统进一步包括：所述测速装置包括一种或多种超声波测速传感器、微波雷达。3.所述水灾报警系统进一步包括：系统所监测距离数据包括测距装置到采煤工作面前进方向的距离数据、测距装置到刮板运输机的距离数据、测距装置到人行道的距离数据。4.所述水灾报警系统进一步包括：系统所监测速度数据包括所述测速装置采集采煤工作面前进方向的物体移动速度数据、刮板运输机运煤方向上的物体移动速度数据、人行道轴向上的物体移动速度数据。5.所述水灾报警系统进一步包括：所述水仓水位数据异常包括水仓水位超过设定的阈值、或水位上涨速度超过设定的阈值。6.所述水灾报警系统进一步包括：所述矿井水文数据异常包括水文观测孔水位或水温变化超过设定的阈值。7.所述水灾报警系统进一步包括：系统连接采煤机控制设备，采集并监测采煤机位置和工作状态数据，用于排除采煤机移动对所监测的距离或速度数据的干扰。8.所述水灾报警系统进一步包括：系统连接液压支架控制设备，采集并监测液压支架位置和工作状态数据，用于排除液压支架移动对所监测的距离或速度数据的干扰。9.所述水灾报警系统进一步包括：系统连接人员及设备定位系统，采集并监测人员和井下设备位置数据，用于排除人员或井下设备移动对所监测的距离或速度数据的干扰。10.所述水灾报警系统进一步包括：系统发出水灾报警的条件包括，当系统排除液压支架、采煤机、人员或井下设备移动干扰，监测到至少一个所监测的采煤工作面距离数据持续小于设定阈值、或至少一个采煤工作面测速数据持续大于设定阈值，且矿井水仓水位或水文监测数据异常。11.所述水灾报警系统进一步包括：系统发出水灾报警的条件包括，当系统排除人员或井下设备移动干扰，监测到至少一个所监测的巷道距离数据持续小于设定阈值、或至少一个巷道测速数据持续大于设定阈值，且矿井水仓水位或水文监测数据异常。附图说明图1基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统实施方案1示意图。图2基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统实施方案2示意图。图3采煤工作面测距及测速装置安装示意图。图4巷道测距及测速装置安装示意图。图5水灾监测报警流程图。图6距离数据监测流程图。具体实施方式图1为基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统的实施示例1，主要组成包括：1.存储服务器(101)，负责采集接收并存储所有系统内数据采集装置采集的数据，并向监测报警服务器和监控终端(102)转发数据。包括测距装置、测速装置、液压支架控制器、采煤机控制器、水仓水位传感器、水文数据采集装置、定位分站等采集的数据。2.监测报警服务器(102)，负责监测由存储服务器(101)转发的所有数据采集装置采集的数据，当数据值或数据变化满足报警条件，则向监控终端(103)发出水灾报警数据。3.监控终端(103)，负责提供井下监控数据显示服务，由存储服务器(101)提供实时和历史数据，由监测报警服务器(102)提供水灾报警数据，具有声光报警功能；生产管理人员可通过监控终端对存储服务器(101)存储的历史数据调取查询。4.核心交换机(104)，数据网络的核心管理和交换设备，负责所有接入有线网络的设备的管理和数据交换。5.井下交换机(105)，数据网络的井下交换设备，环网方式连接。6.通信分站(106)，负责接收数据采集装置采集的数据，并将数据通过矿用以太环网上传至存储服务器(101)。7.测距装置(107)，测距距离应大于4米，可采用超声波测距传感器或微波雷达，通过RS485接口连接通信分站(106)；如所选用的传感器没有RS485接口，需增加通信转换装置。本示例采用深圳导向机电技术有限公司的KS109超声波测距模块，通信接口采用UARTTORS485转换模块。8.测速装置(108)，可采用超声波测速传感器或微波雷达，通过RS485接口连接通信分站(106)；如所选用的传感器没有RS485接口，需增加通信转换装置。9.采煤机控制器(109)，采煤机的控制单元，一般采用可编程控制器，通过RS485接口或工业现场总线连接通信分站(106)，向通信分站(106)发送包括采煤机相对位置、摇臂角度、滚筒运行状态、喷雾状态等状态数据。10.液压支架控制器(110)，液压支架的控制单元，一般采用可编程控制器，通过RS485接口或工业现场总线连接通信分站(106)，向通信分站(106)发送包括液压支架相对位置、立柱状态、护帮板状态等状态数据。11.水仓水位传感器(111)，用于水仓水位采集，可使用各类矿用水位测量仪，包括感应式或超声波式测量仪，应符合煤矿井下相关本安或隔爆标准，具有RS-485通信接口。本实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统，其特征在于：在采煤工作面液压支架上安装至少1个测距装置或测速装置，所述测距装置采集该装置到设定方向上障碍物的距离数据，所述测速装置采集设定方向上的物体移动速度，用于监测异常水流；在矿井巷道内安装至少1个测距装置或测速装置，所述测距装置采集该装置到底板方向上障碍物的距离数据，所述测速装置采集巷道轴向的物体移动速度，用于监测巷道异常积水；系统采集矿井水仓水位或水文监测数据；当系统根据距离或速度数据监测到采煤工作面异常水流、或巷道异常积水，且矿井水仓水位或水文监测数据异常时，则发出水灾报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于测距和测速的采煤工作面水灾报警系统，其特征在于：在采煤工作面液压支架上安装至少1个测距装置或测速装置，所述测距装置采集该装置到设定方向上障碍物的距离数据，所述测速装置采集设定方向上的物体移动速度，用于监测异常水流；在矿井巷道内安装至少1个测距装置或测速装置，所述测距装置采集该装置到底板方向上障碍物的距离数据，所述测速装置采集巷道轴向的物体移动速度，用于监测巷道异常积水；系统采集矿井水仓水位或水文监测数据；当系统根据距离或速度数据监测到采煤工作面异常水流、或巷道异常积水，且矿井水仓水位或水文监测数据异常时，则发出水灾报警。2.如权利要求1所述水灾报警系统，其特征在于：所述测距装置包括一种或多种超声波测距传感器、微波雷达。3.如权利要求1所述水灾报警系统，其特征在于：所述测速装置包括一种或多种超声波测速传感器、微波雷达。4.如权利要求1所述水灾报警系统，其特征在于：系统所监测距离数据包括测距装置到采煤工作面前进方向的距离数据、测距装置到刮板运输机的距离数据、测距装置到人行道的距离数据。5.如权利要求1所述水灾报警系统，其特征在于：系统所监测速度数据包括所述测速装置采集采煤工作面前进方向的物体移动速度数据、刮板运输机运煤方向上的物体移动速度数据、人行道轴向上的物体移动速度数据。6.如权利要求1所述水灾报警系统，其特征在于：所述水仓水位数...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11