基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统及方法，属于煤岩动力灾害监测预警领域，该监测预警系统包括井下多参量监测模块、VR可视化监控系统、5G多网融合系统、多源信息在线预警系统及远程在线监控平台；监测预警方法过程为：将多参量监测模块采集的声‑光‑电‑气‑位移等参数信息传输至5G多网融合系统进行处理，转换为5G信号后传入多源信息在线预警系统，再通过连接的远程在线监控平台实时展示井下监测参数，对多参量信号分析和处理，并进行不同等级的预警。本发明专利技术可以对井下煤岩动力灾害实现参数报警与可视化报警双重效果，能从时间和空间上监测预警煤岩动力灾害危险性及发生区域，精确定位危险区域发生的范围和危险程度。

【技术实现步骤摘要】
基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统及方法
本专利技术属于煤岩动力灾害监测预警领域，具体涉及一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统及方法。
技术介绍
我国是世界上煤岩动力灾害最为严重的国家之一，给我国的煤矿安全生产带来了巨大的损失和人员伤亡。煤岩动力灾害主要包括冲击地压、煤与瓦斯突出、顶板事故以及煤岩瓦斯复合动力灾害，具有突然、急剧、猛烈等特点，危害程度大、影响面广、容易诱发其他重大事故，煤岩动力灾害严重摧毁巷道等采掘空间、破坏保障安全的通风系统。灾害过程伴随矿井瓦斯涌出异常，常诱发重特大瓦斯爆炸事故，造成群死群伤。随着我国煤炭资源开采深度和开采强度的增加，发生冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害的矿井数量快速增加，事故频度和强度也明显增加。研究发现，造成煤矿动力灾害控制进展缓慢的重要原因，一是缺乏有效的监测预警理论和仪器，二是缺乏可靠的监测依据，三是缺乏多学科联合的持续攻关。尽管近年来国内外很多科研机构和科研人员进行了大量的研究和试验，取得了多项科研成果，但是，还远远不能达到有效预测和预警的要求。经研究发现，现阶段我国的煤岩动力灾害监测预警方法主要有：(1)电磁辐射监测预警技术装备及方法，该方法是利用煤岩流变—突变破坏过程中的一种能量辐射实现对动力灾害的早期预警，电磁辐射监测装备实现了非接触式、定向、实时监测与预警，实现了煤岩动力灾害全过程及全空间的实时监测，监测信息量和准确率显著提高，操作非常简便。(2)声发射监测预警方法，该方法是利用煤岩体在受载作用下发生变形，煤岩体内部的能量以应力波的形式释放出来从而产生声发射信号进而进行预警的一类方法，声发射监测技术在我国煤矿生产得到了广泛的应用，取得了很大成果，能够成功地运用声发射技术理论，对矿井煤岩动力灾害进行分析；能成功地监测出动力灾害发生的区域，并采取防护措施，促进了我国矿山的安全生产。但声发射技术还存在着自身的不足，具有一定的局限性，它的发展是一个漫长的过程。(3)微震监测技术，微震监测技术作为一种从大地地震行业转化过来的监测手段，具有实时、动态监测岩体破坏位置及程度的功能，近年来越来越广泛应用矿井动力灾害监测预警领域。微震监测技术原理为被动监测，装置预先安装在井下巷道空间内，其在运行过程中对生产无影响。但该项技术对于环境复杂、布置难度大的矿井就会有一定的局限性，其广泛应用还需要进一步研究。现有煤岩动力灾害监测预警技术中，监测预警系统及方法成本较高，且具有一定的局限性，不能实现快速高效的信号传输，使用环境恶劣，具有一定的危险性；并且由于传感器的布置易受矿井特殊环境的影响，以及探测区域及位置易受时空的限制，探测井下工作面和掘进面煤岩动力灾害的难度较大，对于上述问题目前尚未提出有效解决方案。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统及方法，集探测、报警、VR可视化于一体，探测高效、简单、快速、准确、易于布置。本专利技术的技术方案如下：一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统及方法，包括井下多参量监测模块、VR可视化监控系统、5G多网融合系统、多源信息在线预警系统和远程在线监控平台，各系统和平台之间通过5G专网连接；所述VR可视化监控系统包括5G专用视频探头和可视化监控平台；所述井下多参量监测模块包含多类传感器，各类传感器和5G专用视频探头之间通过有线传输电缆连接；5G专用视频探头和各类传感器一并接入5G多网融合系统；多源信息在线预警系统与远程在线监控平台相连接。优选地，井下多参量监测模块包括瓦斯气体传感器、红外温度传感器、声传感器、光传感器、电位传感器和位移传感器。优选地，5G多网融合系统包括5G系统分站、5G环网交换机和5G传输专网；5G系统分站内置5G基站，并通过有线传输电缆与各类传感器连接。优选地，多源信息在线预警系统包括在线监测服务系统和在线报警系统。优选地，远程在线监控平台包括固定主机监控平台和移动手机监控平台，二者均内置可视化监控平台。一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化方法，采用如上所述的煤岩动力灾害监测预警可视化系统，基于5G传输专网和VR可视化，集探测、报警、VR可视化于一体对煤岩动力灾害进行监测预警；其具体步骤为：S1.在矿井的工作面和掘进面布置各类传感器和5G专用视频探头；S2.5G系统分站将采集的传感器信息和VR可视化信息收集并发送给5G环网交换机；S3.5G环网交换机将各类信号转换为5G信号，通过5G传输专网传输至地面的多源信息在线预警系统；S4.多源信息在线预警系统对各类信号进行分析处理，并在监测数据出现异常时进行报警；S5.报警信号传输到远程在线监控平台，报警时绿色的监控数据和监控平台变成红色，VR可视化监控平台将灾害发生过程和位置以视频的形式展示给操作人员。优选地，步骤S4中，报警类型分为六种，分别为一级灾害报警、二级灾害报警、三级灾害报警、四级灾害报警、五级灾害报警、六级灾害报警；当只有一项监测数据出现异常时，则为一级灾害，对应一级灾害报警；当两项以上监测数据出现异常时，分别对应二级到六级不同等级灾害，相应进行二级到六级灾害报警。优选地，二级以上灾害判定涉及多信息的交叉分析，具体为地面的多源信息在线预警系统内置的在线监测服务系统，对来自井下的各种参数信号进行对比分析，根据参数异常情况的种类判断灾害的级数，并精确定位出现异常报警的位置，根据灾害等级不同实现不同级别报警。本专利技术所带来的有益技术效果：一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统及方法从时间和空间上监测预警煤矿工作面和掘进面的危险性及范围；VR可视化监控系统对煤矿井下每个传感器监测点进行全方位覆盖，能对发生动力灾害的区域实现定位和视频监测，展示动力灾害发生发展的过程；能进行非接触式连续的探测掘进面和工作面等煤岩动力灾害易发区域；该系统成本低，易于布置、易于监测，大大节省矿井在煤岩动矿井掘进面和工作面的动力灾害监测预警的经费及预算；该系统操作简单，不受井下狭小的空间和井下特殊环境的限制，探测过程对生产无影响；该系统能够同步处理并分析探测过程中的各项监测参数及其动态变化趋势，实时分析和判断潜在危险区域的煤岩动力灾害危险性，快速准确的实现矿井火灾危险的探测及预警；该系统能通过在远程在线监控平台实时查看各类传感器负责监测的指标参数变化趋势图，实现动态实时监测；该系统及方法的高效、快速、便捷的探测及预警，必将为矿井带来巨大的社会效益和经济效益。附图说明图1是本专利技术基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统框图；图2是本专利技术基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统结构示意图；图3是图2中采煤工作面各类传感器系统布置放大示意图；图4是图2中掘进面各类传感器系统布置放大示意图；图5是本专利技术基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化方法的过程框图；其中，1-5G系统分站；2-瓦斯气体传感器；3-红外温度传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统，其特征在于，包括井下多参量监测模块、VR可视化监控系统、5G多网融合系统、多源信息在线预警系统和远程在线监控平台，各系统和平台之间通过5G专网连接；/n所述VR可视化监控系统包括5G专用视频探头和可视化监控平台；/n所述井下多参量监测模块包含多类传感器，各类传感器和5G专用视频探头之间通过有线传输电缆连接；5G专用视频探头和各类传感器一并接入5G多网融合系统；多源信息在线预警系统与远程在线监控平台相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统，其特征在于，包括井下多参量监测模块、VR可视化监控系统、5G多网融合系统、多源信息在线预警系统和远程在线监控平台，各系统和平台之间通过5G专网连接；
所述VR可视化监控系统包括5G专用视频探头和可视化监控平台；
所述井下多参量监测模块包含多类传感器，各类传感器和5G专用视频探头之间通过有线传输电缆连接；5G专用视频探头和各类传感器一并接入5G多网融合系统；多源信息在线预警系统与远程在线监控平台相连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统，其特征在于，所述井下多参量监测模块包括瓦斯气体传感器、红外温度传感器、声传感器、光传感器、电位传感器和位移传感器。


3.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统，其特征在于，所述5G多网融合系统包括5G系统分站、5G环网交换机和5G传输专网；5G系统分站内置5G基站，并通过有线传输电缆与各类传感器连接。


4.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统，其特征在于，所述多源信息在线预警系统包括在线监测服务系统和在线报警系统。


5.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化系统，其特征在于，所述远程在线监控平台包括固定主机监控平台和移动手机监控平台，二者均内置可视化监控平台。


6.一种基于5G通信的煤岩动力灾害监测预警可视化方法，其特征在于，采用如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文睿，孔彪，时林超，刘纪凡，王刚，文志杰，胡相明，李学龙，郭伟耀，李加辉，任昂岭，王力晖，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37