一种基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统与方法，该系统包括数据采集单元、数据储存与处理单元及综合预警单元，本发明专利技术基于5G通信技术借助物联网与原始通讯技术在封闭特殊环境中支持高精度定位和无线接入能力的全新无线数字通信系统这一优点，以工作面煤体物理信号为基础，将煤矿井下瓦斯浓度传感器、煤体应力计、顶板压力监测监控系统、声发射监测系统、电磁辐射监测系统、微震系统及其传感器与5G通信技术进行无线对接，研制井下无线监测预警相关设备，建立煤岩瓦斯动力灾害无线、多参量判识方法及判识指标，形成煤矿煤岩瓦斯动力灾害无线多参量远程监测预警系统，开发煤矿煤岩瓦斯动力灾害无线多参量远程监测综合预警平台。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统与方法
本专利技术涉及煤岩动力灾害监测领域，特别是涉及一种基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统与方法。
技术介绍
近年来，我国煤矿煤与瓦斯突出和爆炸事故频发，成为煤矿安全生产的最大隐患。且随着开采深度的增加，瓦斯涌出量增大，瓦斯事故的比例还会增加。据统计，在煤矿事故中，由瓦斯引起的工伤事故约占30％～40％，瓦斯灾害主要表现为瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故，尤其是煤与瓦斯突出、冲击地压等事故发生的突然性、破坏性极强，给煤矿安全生产带来了极为严重的影响，严重制约煤矿的安全生产。目前，对煤岩瓦斯动力灾害的预警方法主要分为接触式预警方法和非接触式预警方法，接触式预警方法简单，需要一定的工程量和较长的预测时间，对煤矿采掘工作具有一定的影响。非接触式预警方法主要有声发射、电磁辐射法以及神经网络预测方法、灰色理论法、自然计算法(遗传算法、蚁群算法)、模糊理论法、聚类法、模式识别法、可拓法等其他方法，该方法具有省时省力、工程量小等特点，不影响采掘工作的进行。但由于该种方法多采用有线传输的方式，对安全生产具有一定的影响，且无法对采掘工作面煤岩瓦斯动力灾害进行实时的预测，对现场生产的作用有限。如何在进一步揭示煤岩瓦斯动力灾害规律的基础上，运用其规律和事故原理产生对其超前预防、控制的科学方法，特别是结合我国煤矿的具体特点，设计一种无线、多参量、大数据、区域与局部相结合、立体三维全覆盖的煤岩瓦斯动力灾害远程监测分级综合预警平台是急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术基于5G通信技术传输速率高这一优点，以采动影响情况下工作面煤体物理信号为基础，确定煤岩瓦斯动力灾害判识指标，建立煤岩瓦斯动力灾害判识方法及预警技术，形成煤矿煤岩瓦斯动力灾害的监测系统，研制、开发井下无线预警相关软件及装备，形成煤岩瓦斯动力灾害无线多参量远程监测预警技术平台。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统，包括：数据采集装置：用于采集煤矿井下煤体应力值、瓦斯浓度顶板压力值、声发射能量与振幅、电磁辐射强度与脉冲值、微震区域能量、震级与事件数，通过5G通信技术上传至数据储存与处理单元中；数据储存与处理单元：用于将采集到的数值经过整理、耦合分析对比各参数及相应数值得出预警结果存储于服务器中，并上传至综合预警单元；综合预警单元：用于将所述预警结果通过光纤网络发送至移动端、电脑端、监控大屏幕。优选地，所述数据采集装置包括若干个无线传感器、监测装置(2)和无线收发装置；所述无线收发装置包括电源、矿用智能手机主板、无线收发装置主体(1)；所述无线收发装置主体(1)包括与5G通信技术对接芯片(3)、信号接收装置导线(11)、信号接收器(4)、信号发射器(5)；所述信号接收装置导线(11)与若干个无线传感器及监测装置(2)相连，所述矿用智能手机主板与信号接收器(4)、信号发射器(5)通过无线信号与5G通信技术对接芯片(3)对接。优选地，所述若干个无线传感器包括：煤体应力无线传感器，用于反应工作面煤体应力变化信号；瓦斯浓度无线监测传感器，用于反应工作面瓦斯涌出浓度变化信号；顶板压力无线监测系统，用于反应顶板压力变化；声发射无线监测传感器，用于反映工作面煤岩体破裂声信号变化；电磁辐射无线监测装置，用于反应工作面煤岩体破裂电辐射变化；微震无线监测传感器，用于反应工作面煤岩体破裂微震事件变化。优选地，所述数据储存与处理单元包括：数据存储模块、数据分析模块；所述数据储存模块根据5G通信技术上传的各项采集的数据参量，传输至所述数据分析模块的数据库服务器中；所述数据分析模块调用所述数据储存模块服务器中的各项煤岩瓦斯动力灾害数据进行数据分析及绘图，对比分析同一段时间内所述各数据参量的变化，判断是否达到预警条件，并将分析结果上传至所述综合预警单元。优选地，所述综合预警单元包括：自动预警模块、展示模块、数据查询模块；所述综合预警单元通过5G通信系统与其他部门建立联系并进行数据交互，当获取预警信息时自动启动所述自动预警模块，并将预警信息发送至所述展示模块，通过信息网络进行全方位展示；所述数据查询模块，用于查询各传感器位置及监测值、巷道内情况和人员位置；所述移动端、电脑端、监控大屏幕构成所述展示模块。优选地，所述综合预警单元的预警方法包括：超限预警和趋势预警，根据所述各传感器和系统所采集的数据参量，及预设的动力灾害判断准则，确定数据是否超限，若是，将预警信息上传，发出超限预警；若否，判断所述采集的数据参量变化趋势是否异常，发出趋势预警。一种基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测方法，包括以下步骤：S1、获取煤矿井下煤体应力值、瓦斯浓度、顶板压力值、声发射能量与频率、电磁辐射强度与脉冲值、微震区域能量、震级与事件数据，通过5G通信技术上传至数据库服务器；S2、分析交叉比对所述步骤S1中的各项参数，依据煤岩瓦斯动力灾害判识准则和预警的临界指标，判断是否需要上传预警信息；S3、通过所述综合预警单元接收所述预警信息后，并在手机端、电脑端、监控大屏幕上显示所述预警信息，发送预警区域位置及现场实时情况。本专利技术的有益效果为：本专利技术基于5G通信技术借助物联网与原始通讯技术在封闭特殊环境中支持高精度定位和无线接入能力的全新无线数字通信系统这一优点，以工作面煤体物理信号为基础，将煤矿井下瓦斯浓度传感器、煤体应力计、顶板压力监测监控系统、声发射监测系统、电磁辐射监测系统、微震系统及其传感器与5G通信技术进行无线对接，研制井下无线监测预警相关设备，建立煤岩瓦斯动力灾害无线、多参量判识方法及判识指标，形成煤矿煤岩瓦斯动力灾害无线多参量远程监测预警系统，开发煤矿煤岩瓦斯动力灾害无线多参量远程监测综合预警平台。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，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术数据采集装置结构图，其中(1)为无线收发装置主体，(2)为监测装置，(3)为与5G通信技术对接芯片，(4)为信号接收器，(5)为信号发射器，(11)为信号接收装置导线；图2为本专利技术系统结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。一种基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统与方法主要由数据采集单元、数据储存与处理单元、综本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统，其特征在于，包括：/n数据采集装置：用于采集煤矿井下煤体应力值、瓦斯浓度顶板压力值、声发射能量与振幅、电磁辐射强度与脉冲值、微震区域能量、震级与事件数，通过5G通信技术上传至数据储存与处理单元中；/n数据储存与处理单元：用于将采集到的数值经过整理、耦合分析对比各参数及相应数值得出预警结果存储于服务器中，并上传至综合预警单元；/n综合预警单元：用于将所述预警结果通过光纤网络发送至移动端、电脑端、监控大屏幕。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统，其特征在于，包括：
数据采集装置：用于采集煤矿井下煤体应力值、瓦斯浓度顶板压力值、声发射能量与振幅、电磁辐射强度与脉冲值、微震区域能量、震级与事件数，通过5G通信技术上传至数据储存与处理单元中；
数据储存与处理单元：用于将采集到的数值经过整理、耦合分析对比各参数及相应数值得出预警结果存储于服务器中，并上传至综合预警单元；
综合预警单元：用于将所述预警结果通过光纤网络发送至移动端、电脑端、监控大屏幕。


2.根据权利要求1所述的基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统，其特征在于，所述数据采集装置包括若干个无线传感器、监测装置(2)和无线收发装置；所述无线收发装置包括电源、矿用智能手机主板、无线收发装置主体(1)；所述无线收发装置主体(1)包括与5G通信技术对接芯片(3)、信号接收装置导线(11)、信号接收器(4)、信号发射器(5)；所述信号接收装置导线(11)与若干个无线传感器及监测装置(2)相连，所述矿用智能手机主板与信号接收器(4)、信号发射器(5)通过无线信号与5G通信技术对接芯片(3)对接。


3.根据权利要求2所述的基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统，其特征在于，所述若干个无线传感器包括：
煤体应力无线传感器，用于反应工作面煤体应力变化信号；
瓦斯浓度无线监测传感器，用于反应工作面瓦斯涌出浓度变化信号；
顶板压力无线监测系统，用于反应顶板压力变化；
声发射无线监测传感器，用于反映工作面煤岩体破裂声信号变化；
电磁辐射无线监测装置，用于反应工作面煤岩体破裂电辐射变化；
微震无线监测传感器，用于反应工作面煤岩体破裂微震事件变化。


4.根据权利要求1所述的基于5G通讯的煤岩动力灾害无线监测系统，其特征在于，所述数据储存与处理单元包括：数据存...

【专利技术属性】
技术研发人员：范鹏宏，周贵全，钱浩然，张军亮，陈娟，刘刚，陈佩，王振泽，田梦雪，曹淞铭，胡云彪，
申请(专利权)人：山西工程技术学院，
类型：发明
国别省市：山西;14