一种井下采空区的气体浓度测量方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种井下采空区的气体浓度测量方法与系统，通过在井下巷道里布置网络集中控制器，在采空区布置无线气体浓度传感器，采空区发生塌陷后，采空区内某处发生火灾或气体浓度超限预警，网络集中控制器收集的各无线气体浓度传感器上传的气体浓度测量信息和定位信息，从而实现气体浓度分布场的绘制，较精确定位到火灾事故或气体浓度超限预警的发生位置，通知工作人员及时有针对性地采取措施，实现高效的“靶向”处置，有效保护井下工作人员的生命安全，及其他财产安全，为矿井进行合理的工作面回采速度设计、巷道布置设计、瓦斯抽采设计、火灾预警及应急救援等工作提供直观的数据依据，可大幅度提高矿井的信息化水平，实现矿井的精细化管理。

A Gas Concentration Measurement Method and System for Underground Goaf

【技术实现步骤摘要】
一种井下采空区的气体浓度测量方法与系统
本专利技术属于透地通信
，具体涉及一种井下采空区的气体浓度测量方法与系统。
技术介绍
矿井、地铁和隧道等地下作业场合，环境危险复杂，时常发生安全事故，如透水、岩爆、塌方和井下瓦斯爆炸、火灾等。传统通信方式可以应对日常指挥调度、人员定位、矿井上下通信等需求，但事故会破坏现有的通信信道，造成有线通信线路断路、通信中断的问题，导致地面人员无法及时了解地下被困人员的具体情况，影响灾后救援，因此，传统的矿井通信系统不能满足应急情况下的通信要求。以大地介质为信道的透地通信，信道特性相对稳定，不易受事故的影响，可作为一种保持地面和地下联络的有效通信方式，实现灾害发生时的紧急通信，保持地面与地下灾后实时联系。利用低频电磁波信号能穿透大型障碍物的原理进行通信，该通信方式能够实现透地通信，提供较稳定的通信信道。现有技术中，公告号为CN206061162U的中国专利提供了一种“无线电波自组网透地通信系统”，如图1所示，通过设置的地面通信系统和井下通信单元进行井上井下通信，但该井下通信单元设置的位置是在井下巷道里，能够解决的是巷道里发生事故的紧急联络问题，不能够检测井下采空区的位置情况，一旦采空区发生事故，将危及到巷道内的工作人员的生命安全，并伴有一定程度的经济损失，因此，现有技术无法解决井下采空区发生事故时的定位通信问题。又如，公告号为CN204597974U的中国专利提供的“一种甚低频透地通信系统”，如图2所示，也是在井下巷道里布置井下设备，用于与地面设备进行透地通信，防止井下巷道里发生的事故，没有考虑到采煤采空区内发生塌陷甚至着火时的位置定位和通信问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种井下采空区的气体浓度测量方法与系统，用于解决现有技术没有考虑到在井下采空区内进行气体浓度测量和定位通信用于防止发生火灾事故或其他气体浓度超限报警的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种井下采空区的气体浓度测量方法，包括以下方法方案：方法方案一，包括如下步骤：1)在井下巷道里布置网络集中控制器，在井下采空区塌陷前，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；或者在井下采空区塌陷后，通过打孔在塌陷的井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；2)所述无线气体浓度传感器之间在通信范围内通过自组网形成透地通信系统，将各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器。方法方案二，在方法方案一的基础上，网络集中控制器接收所述定位信息和气体浓度测量信息后，还包括将所述定位信息和温度测量信息进行展示并上传至地面的矿井安全监控预警系统的步骤。方法方案三，在方法方案一的基础上，根据已知坐标的三个无线气体浓度传感器的位置信息，采用比较接收信号强度定位算法计算剩余无线气体浓度传感器的位置信息，得到所述剩余无线气体浓度传感器的定位信息，定位精度5米。方法方案四，在方法方案一的基础上，每个无线气体浓度传感器均包括微处理器，及连接微处理器的透地通信定位模块和气体浓度测量模块、电池。方法方案五，在方法方案一的基础上，在布置无线气体浓度传感器时，按照以下步骤布置：根据采空区内不同位置的气体浓度测量需求，沿着采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置一列无线气体浓度传感器，当所述采煤工作面推进到设定的第二距离时，沿着所述采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置下一列无线气体浓度传感器。方法方案六，在方法方案一的基础上，还包括根据各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息绘制采空区的气体浓度分布场的步骤。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种井下采空区的气体浓度测量系统，包括以下系统方案：系统方案一，包括网络集中控制器和三个以上的无线气体浓度传感器，在井下巷道里布置网络集中控制器，在井下采空区塌陷前，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；或者在井下采空区塌陷后，通过打孔在塌陷的井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；所述无线气体浓度传感器之间在通信范围内通过自组网形成透地通信系统，将各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器。系统方案二，在系统方案一的基础上，网络集中控制器接收所述定位信息和气体浓度测量信息后，还包括将所述定位信息和温度测量信息进行展示并上传至地面的矿井安全监控预警系统的步骤。系统方案三，在系统方案一的基础上，根据已知坐标的三个无线气体浓度传感器的位置信息，采用比较接收信号强度定位算法计算剩余无线气体浓度传感器的位置信息，得到所述剩余无线气体浓度传感器的定位信息，定位精度5米。系统方案四，在系统方案一的基础上，每个无线气体浓度传感器均包括微处理器，及连接微处理器的透地通信定位模块和气体浓度测量模块、电池。系统方案五，在系统方案一的基础上，在布置无线气体浓度传感器时，按照以下步骤布置：根据采空区内不同位置的气体浓度测量需求，沿着采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置一列无线气体浓度传感器，当所述采煤工作面推进到设定的第二距离时，沿着所述采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置下一列无线气体浓度传感器。系统方案六，在系统方案一的基础上，还包括根据各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息绘制采空区的气体浓度分布场的步骤。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过布置在井下巷道里的网络集中控制器，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，无线气体浓度传感器通过自组网将所有无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器，在采空区发生塌陷后，一旦采空区内某处发生火灾或其他气体浓度超限报警，可通过网络集中控制器收集的各无线气体浓度传感器上传的气体浓度测量信息和定位信息，较精确的定位到火灾事故或气体浓度超限报警的发生位置，通知相关工作人员及时解决事故问题，避免事故危及到井下工作人员的生命安全，及其他财产损失。本专利技术利用透地通信系统的透地通信和无线定位功能，实现了整个井下采空区不同位置的气体浓度测量和定位，将透地通信系统的布置应用于煤矿采空区内部，进行采空区的气体浓度分布场绘制，可以帮助煤矿管理人员更加准确地掌握采空区内部不同气体的分布情况，为矿井进行合理的工作面回采速度设计、巷道布置设计、瓦斯抽采设计、火灾预警及应急救援等工作提供直观的数据依据，可大幅度提高矿井的信息化水平，实现矿井的精细化管理。本专利技术在布置无线气体浓度传感器时，根据采空区内不同位置的气体浓度测量需求，及矿井采煤工作面特点，沿着采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置一列无线气体浓度传感器，当采煤工作面推进到设定的第二距离时，沿着采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置下一列无线气体浓度传感器，实现采空区内不同气体浓度测点的部署。或在采空区塌陷后，根据业务需要通过打钻将无线温度传感器送入到预期位置，实现采空区内不同温度测点的部署。本专利技术基于现有技术的透地通信系统，当个别无线气体浓度传感器因采空区顶板垮落、高温等因素产生故障时，整个网络剩余的传感器会继续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下采空区的气体浓度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在井下巷道里布置网络集中控制器，在井下采空区塌陷前，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；或者在井下采空区塌陷后，通过打孔在塌陷的井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；2)所述无线气体浓度传感器之间在通信范围内通过自组网形成透地通信系统，将各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器。

【技术特征摘要】
1.一种井下采空区的气体浓度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在井下巷道里布置网络集中控制器，在井下采空区塌陷前，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；或者在井下采空区塌陷后，通过打孔在塌陷的井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；2)所述无线气体浓度传感器之间在通信范围内通过自组网形成透地通信系统，将各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器。2.根据权利要求1所述的井下采空区的气体浓度测量方法，其特征在于，网络集中控制器接收所述定位信息和气体浓度测量信息后，还包括将所述定位信息和温度测量信息进行展示并上传至地面的矿井安全监控预警系统的步骤。3.根据权利要求1所述的井下采空区的气体浓度测量方法，其特征在于，根据已知坐标的三个无线气体浓度传感器的位置信息，采用比较接收信号强度定位算法计算剩余无线气体浓度传感器的位置信息，得到所述剩余无线气体浓度传感器的定位信息。4.根据权利要求1所述的井下采空区的气体浓度测量方法，其特征在于，每个无线气体浓度传感器均包括微处理器，及连接微处理器的透地通信定位模块和气体浓度测量模块、电池。5.根据权利要求1所述的井下采空区的气体浓度测量方法，其特征在于，在布置无线气体浓度传感器时，按照以下步骤布置：根据采空区内不同位置的气体浓度测量需求，沿着采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置一列无线气体浓度传感器，当所述采煤工作面推进到设定的第二距离时，沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彤宇，杨相玉，路培超，任吉凯，左留启，陈胜南，
申请(专利权)人：光力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41