一种井下涌水水源类型分析报警系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种井下涌水水源类型分析报警系统及方法。系统包括：激光器、数据获取模块、FPGA处理器、上位机和报警模块；激光器向待测涌水水体发射激光，待测涌水水体在受激光的激发后，发射激发光；数据获取模块接收激发光，将激发光转换为数字光谱数据；FPGA处理器将数字光谱数据转换为CAN网络光谱帧数据；上位机根据CAN网络光谱帧数据，获得待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型和每个涌水水源类型的比例，根据涌水水源的类型或每个涌水水源类型的比例得到报警信息；FPGA处理器根据报警信息控制报警模块进行报警。本发明专利技术能够快速检测混合水样的涌水水源类型，并实现了实时预警。

An analysis and alarm system and method of water source type of underground water gushing

【技术实现步骤摘要】
一种井下涌水水源类型分析报警系统及方法
本专利技术涉及煤矿水害分析预警领域，特别是涉及一种井下涌水水源类型分析报警系统及方法。
技术介绍
随着浅部煤炭开采殆尽，许多矿井逐步向纵深发展，随之而来的就是恶劣的水文地质环境，同时煤矿水害的危害性愈加明显，因此煤矿涌水水源快速分析的研究对于水害的防治意义重大。因为煤矿井下不同含水层的富水性不同，正常的煤矿生产中一般都会伴随少量涌水，但是这些基本都是富水性较弱的水源，涌水量较小，只要没有富水性较强的水源涌出，就不会有危险产生。因此实现煤矿突水预警的一个重要手段就是对涌水点进行实时监测分析，获取涌水水体中不同含水层水源类型、占比，一旦有危险水体出现，则可以进行快速预警并采取对应处理措施。现今的煤矿涌水水源识别已从经典的水质对比法向多领域多方法发展，学科范围多样，包括数学、地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)、地理学、化学以及物理学等，并呈现出学科交叉的趋势，但不可否认的是其核心仍是以水中代表离子作为判别因子进行水源识别。此类方法历史悠久，且采用了多种数学方法进行分类识别，效果较好，但是由于水化学方法的特殊性，其耗时较长。以常规的检测矿井水中7种代表离子(HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-、K+(Na+)、Mg2+、Ca2)的检测为例，实验室测定其各离子浓度需要1-2小时，且识别一般以单一水源为主，对混合水样识别没有涉及，只适宜在常规的水文地质探测中使用。因此，提供一种能够快速检测混合水样的涌水水源类型的系统和方法是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种井下涌水水源类型分析报警系统及方法，能够快速检测混合水样的涌水水源类型，并实现了实时预警。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种井下涌水水源类型分析报警系统，所述系统包括：激光器、数据获取模块、FPGA处理器、上位机和报警模块；所述激光器、所述数据获取模块、所述FPGA处理器和所述报警模块均位于煤矿井下；所述激光器用于向待测涌水水体发射激光，所述待测涌水水体在受所述激光的激发后，发射激发光；所述数据获取模块与所述FPGA处理器连接，所述数据获取模块用于接收所述激发光，将所述激发光转换为数字光谱数据，并将所述数字光谱数据传输至所述FPGA处理器；所述FPGA处理器与所述上位机连接，所述FPGA处理器用于将所述数字光谱数据转换为CAN网络光谱帧数据，并将所述CAN网络光谱帧数据传输至所述上位机；所述上位机用于根据所述CAN网络光谱帧数据，获得所述待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型和每个涌水水源类型的比例，根据所述涌水水源的类型或每个所述涌水水源类型的比例得到报警信息，并将所述报警信息传输至所述FPGA处理器；所述FPGA处理器还与所述报警模块连接，所述FPGA处理器还用于根据所述报警信息控制所述报警模块进行报警。可选的，所述数据获取模块包括：带通滤波片、CCD光电转换器和模数转换器；所述带通滤波片位于所述激发光的出射方向，所述带通滤波片用于对所述激发光进行过滤，得到过滤后的激发光；所述CCD光电转换器位于过滤后的激发光的出射方向，所述CCD光电转换器与所述模数转换器连接，所述CCD光电转换器用于将所述过滤后的激发光转换为模拟光谱数据，并将所述模拟光谱数据传输至所述模数转换器；所述模数转换器与所述FPGA处理器连接，所述模数转换器用于将所述模拟光谱数据转换为数字光谱数据，并将所述数字光谱数据传输至所述FPGA处理器。可选的，所述报警模块包括：声光报警器和广播；所述声光报警器和所述广播均与所述FPGA处理器连接；所述声光报警器用于同时发出报警声音和闪烁光；所述广播用于播放所述报警信息。可选的，所述激光器为发射波长是510nm的激光器。可选的，所述上位机存储有煤矿井下暗环境的砂岩水、灰岩水、奥灰水、冲击层水和老空水受激产生的光谱数据。一种井下涌水水源类型分析报警方法，所述方法包括：获取待测涌水水体在激光的激发下发射的激发光的CAN网络光谱帧数据；根据所述CAN网络光谱帧数据，获得待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型；根据所述CAN网络光谱帧数据和所述待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型，采用神经网络模型算法，获得每个涌水水源类型的比例；根据所述待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型和每个所述涌水水源类型的比例，获得报警信息。可选的，所述根据所述CAN网络光谱帧数据，获得待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型，具体包括：根据不同涌水水源的光谱特性，拟合多种单水源光谱曲线，使拟合后的光谱数据与所述CAN网络光谱帧数据一致，确定所述待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型。可选的，所述根据所述待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型和每个所述涌水水源类型的比例，获得报警信息，具体包括：判断所述涌水水源的类型是否为危险水源类型，得到第一判断结果；所述危险水源类型包括老空水和奥灰水；若所述第一判断结果表示所述涌水水源的类型是危险水源类型，则输出报警信息；若所述第一判断结果表示所述涌水水源的类型不是危险水源类型，则获取每个所述涌水水源的类型在前X次结果中含有所述涌水水源类型的比例；将每个所述涌水水源类型的比例和前X次结果中含有所述涌水水源类型的比例依据获得时间进行排序，获得比例序列；将所述比例序列中的每个比例与相邻前一获得时间的比例进行比较，获得多个比较结果，所述比较结果为高或低；判断多个所述比较结果是否均为高，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示多个所述比较结果均为高，则输出报警信息；若所述第二判断结果表示多个所述比较结果不均为高，则返回步骤“判断所述涌水水源的类型是否为危险水源类型，得到第一判断结果；所述危险水源类型包括老空水和奥灰水”。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种井下涌水水源类型分析报警系统及方法，在煤矿井下设置激光器、数据获取模块、FPGA处理器和报警模块，激光器对待测涌水水体发射激光，数据获取模块获取待测涌水水体的激发光的光谱数据，上位机通过FPGA处理器获得光谱数据，上位机实时分析得到待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型和每个涌水水源类型的比例，并根据所述涌水水源的类型或每个所述涌水水源类型的比例得到报警信息，报警模块及时报警，无需对涌水水源进行采样，采样后送去实验室进行检测的过程，并同时克服了现有技术检测涌水水源类型耗时时间长的缺陷，实现了快速检测混合水样的涌水水源类型，并能够实时预警，有效防范煤矿井下涌水事故的发生。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下涌水水源类型分析报警系统，其特征在于，所述系统包括：激光器、数据获取模块、FPGA处理器、上位机和报警模块；/n所述激光器、所述数据获取模块、所述FPGA处理器和所述报警模块均位于煤矿井下；/n所述激光器用于向待测涌水水体发射激光，所述待测涌水水体在受所述激光的激发后，发射激发光；/n所述数据获取模块与所述FPGA处理器连接，所述数据获取模块用于接收所述激发光，将所述激发光转换为数字光谱数据，并将所述数字光谱数据传输至所述FPGA处理器；/n所述FPGA处理器与所述上位机连接，所述FPGA处理器用于将所述数字光谱数据转换为CAN网络光谱帧数据，并将所述CAN网络光谱帧数据传输至所述上位机；/n所述上位机用于根据所述CAN网络光谱帧数据，获得所述待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型和每个涌水水源类型的比例，根据所述涌水水源的类型或每个所述涌水水源类型的比例得到报警信息，并将所述报警信息传输至所述FPGA处理器；/n所述FPGA处理器还与所述报警模块连接，所述FPGA处理器还用于根据所述报警信息控制所述报警模块进行报警。/n

【技术特征摘要】
1.一种井下涌水水源类型分析报警系统，其特征在于，所述系统包括：激光器、数据获取模块、FPGA处理器、上位机和报警模块；
所述激光器、所述数据获取模块、所述FPGA处理器和所述报警模块均位于煤矿井下；
所述激光器用于向待测涌水水体发射激光，所述待测涌水水体在受所述激光的激发后，发射激发光；
所述数据获取模块与所述FPGA处理器连接，所述数据获取模块用于接收所述激发光，将所述激发光转换为数字光谱数据，并将所述数字光谱数据传输至所述FPGA处理器；
所述FPGA处理器与所述上位机连接，所述FPGA处理器用于将所述数字光谱数据转换为CAN网络光谱帧数据，并将所述CAN网络光谱帧数据传输至所述上位机；
所述上位机用于根据所述CAN网络光谱帧数据，获得所述待测涌水水体中包含的所有涌水水源的类型和每个涌水水源类型的比例，根据所述涌水水源的类型或每个所述涌水水源类型的比例得到报警信息，并将所述报警信息传输至所述FPGA处理器；
所述FPGA处理器还与所述报警模块连接，所述FPGA处理器还用于根据所述报警信息控制所述报警模块进行报警。


2.根据权利要求1所述的井下涌水水源类型分析报警系统，其特征在于，所述数据获取模块包括：带通滤波片、CCD光电转换器和模数转换器；
所述带通滤波片位于所述激发光的出射方向，所述带通滤波片用于对所述激发光进行过滤，得到过滤后的激发光；
所述CCD光电转换器位于过滤后的激发光的出射方向，所述CCD光电转换器与所述模数转换器连接，所述CCD光电转换器用于将所述过滤后的激发光转换为模拟光谱数据，并将所述模拟光谱数据传输至所述模数转换器；
所述模数转换器与所述FPGA处理器连接，所述模数转换器用于将所述模拟光谱数据转换为数字光谱数据，并将所述数字光谱数据传输至所述FPGA处理器。


3.根据权利要求1所述的井下涌水水源类型分析报警系统，其特征在于，所述报警模块包括：声光报警器和广播；
所述声光报警器和所述广播均与所述FPGA处理器连接；
所述声光报警器用于同时发出报警声音和闪烁光；
所述广播用于播放所述报警信息。


4.根据权利要求1所述的井下涌水水源类型分析报警系统，其特征在于，所述激光器为发射波长是510nm的激光器。

【专利技术属性】
技术研发人员：闫鹏程，尚松行，尹妮妮，胡锋，孙全胜，陈浩文，付晓奇，方思远，杨翠萍，秦霄，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34