本发明专利技术公开了一种煤矿动力灾害监测报警方法和监测报警系统。煤矿动力灾害具有短时、猛烈、破坏性强等特点，传统煤矿动力灾害报警系统的准确率难以满足安全生产需要，响应速度慢，极易发生错报和漏报。该系统包括Web服务器、socket服务器、报警装置、通信网络、测距装置，以及各类监测装置；可通过对多路监测装置的监测数据，场景中温度、形状、运动异常特征，设备的工作状态进行综合分析，判定是否出现煤矿动力灾害。该系统全面分析了煤矿采掘工作面发生动力灾害时的多种特征，可准确地判定采掘工作面的动力灾害，进而有效提高救援效率，及时采取相应的施救措施，避免巷道堵塞瓦斯积聚引发瓦斯爆炸等严重事故，避免或减少人员伤亡和财产损失。和财产损失。和财产损失。
【技术实现步骤摘要】
煤矿动力灾害监测报警方法和监测报警系统
[0001]本专利技术涉及一种煤矿动力灾害监测报警方法和监测报警系统，该系统涉及冲击地压和煤与瓦斯突出监测、视频图像处理、数字信号处理和矿井通信等领域。
技术介绍
[0002]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，多数为重特大瓦斯事故，瓦斯事故所造成的伤亡人数也是所有煤矿事故中所占比例最大的。因此，瓦斯事故防治十分重要。
[0003]瓦斯事故包括瓦斯爆炸、冲击地压、瓦斯窒息、瓦斯燃烧等事故。为避免或减少冲击地压事故发生，人们提出了多种煤(岩)与瓦斯突出和冲击地压防治方法，在煤矿安全生产工作中发挥着至关重要作用。但已有的煤与瓦斯突出或冲击地压实时监测与报警方法(包括微震、声发射、电磁辐射、热红外辐射等)响应速度慢、误报率和漏报率较高，难以满足企业和国家对煤矿安全生产的实际需要。
[0004]煤矿井下的采掘工作面易发生煤与瓦斯突出或冲击地压，当煤与瓦斯突出或冲击地压发生后，易造成工作面现场附近的工作人员被填埋或被困；另外煤与瓦斯突出或冲击地压会造成工作面附近巷道的堵塞，使巷道通风不畅，使瓦斯积聚，易引发瓦斯爆炸。如果能够在第一时间快速、准确地判定煤矿动力灾害的发生区域和灾变情况，快速启动应急预案，并制定有效的被困人员救援方案，及时组织救援人员对堵塞巷道采取处理措施，将有效避免由于瓦斯积聚引发的瓦斯爆炸等事故，有效避免或减少由于瓦斯窒息和瓦斯爆炸造成人员伤亡和财产损失。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的在于提供一种煤矿动力灾害监测报警方法和监测报警系统，可监测煤矿采掘工作面的巷道中，由于煤与瓦斯突出和冲击地压灾害易引起场景温度、声音、震动、空气压力、风向、风速、甲烷浓度、粉尘浓度等监测指标的异常波动，并且煤与瓦斯突出和冲击地压灾害发生时，煤、岩体瞬间抛出产生的异物或附近设备的异常移动，以及冲击破坏力导致的设备工作状态异常、故障等异常情况。此外，通常巷道中煤壁与环境温度相近，而未开采区域深部的温度高于煤壁和环境温度，当发生煤矿动力灾害时，未开采区域深部的煤体瞬间涌出，导致场景温度发生异常波动。因此，通过分析这些异常特征、异常移动物体和设备工作状态的监测数据，可快速、可靠地实现进行煤与瓦斯突出和冲击地压灾害等煤矿动力灾害的报警。
[0006]在煤矿动力灾害监测报警方法和监测报警系统中，所述煤矿动力灾害包括煤与瓦斯突出和冲击地压。
[0007]煤矿动力灾害监测报警系统包括温度监测装置、声音监测装置、震动监测装置、空气压力监测装置、风向监测装置、风速监测装置、甲烷监测装置、测距装置、通信网络、Web服
务器、socket服务器、报警单元；在煤矿掘进工作面和综采工作面巷道布设监测装置、视觉测距装置和报警单元；socket服务器通过通信网络获取监测区域内的监测装置和测距装置的多路监测数据，并分析监测数据中是否存在异常特征和异常移动物体，实时诊断采集设备和通信设备是否存在工作异常状态，以及判定是否满足报警条件；Web服务器与socket服务器相连接，并显示socket服务器发送至Web服务器的用于显示的数据、异常警告信号或报警信号，以及显示测距装置的实时监测画面；报警单元通过通信网络接收报警信号后，发出声光和振动报警。
[0008]进一步地，所述监测报警系统的温度监测装置包括红外测温仪和红外热成像仪；测距装置包括毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达，以及3D摄像机；震动监测装置包括微震监测装置和声发射监测装置；用于显示的数据包括监测数据、工作异常数据和分析数据。
[0009]进一步地，所述监测报警系统的3D摄像机包括基于时间飞行法测距法的测距摄像机，基于结构光测距法的测距摄像机，基于双目视觉测距法的测距摄像机；基于结构光测距法的测距摄像机采用一束特定波长的红外光作为照射光源，并依据返回的光学畸变图像得到被测物体与摄像机之间的距离；基于双目视觉测距法的测距摄像机采用双可见光或双红外波段的摄像机。
[0010]进一步地，所述监测报警系统的雷达装置包括毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达。
[0011]煤矿动力灾害监测报警方法包括以下步骤：
[0012]A1：在煤矿采掘工作面布设监测报警系统，并对系统进行初始化；
[0013]A2：实时采集监测区域内的多路监测数据，并分析是否存在疑似冲击地压或煤与瓦斯突出灾害的异常特征、形状异常物体、温度异常物体、异常堆积物体和异常移动物体；
[0014]A3：实时诊断监测报警系统中多路监测数据的采集设备，以及数据传输网络中的通信设备，并分析所述设备是否存在工作异常状态；
[0015]A4：循环A2～A3，当监测数据中存在部分或全部异常特征，以及存在形状异常物体、温度异常物体、异常堆积物体或异常移动物体，且异常特征持续一定时间时；或当监测数据中存在部分或全部异常特征，以及存在形状异常物体、温度异常物体、异常堆积物体或异常移动物体，且所述设备在短时间内相继出现工作异常状态时；则监测报警系统发出异常警告信号；
[0016]A5：当出现异常警告信号后，监测报警系统分析监测区域内的甲烷浓度；当监测区域内的甲烷浓度正常，则发出冲击地压报警信号；当监测区域内的甲烷浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警信号。
[0017]进一步地，所述监测报警方法中，异常特征包括：声音强度和频率超过设定阈值，震动信号的能量和频率变化超过设定阈值，空气压力超过设定阈值，巷道风向逆转，巷道风速超过设定阈值，甲烷浓度超过设定阈值，粉尘浓度超过设定阈值。
[0018]进一步地，所述监测报警方法中，监测数据包括：监测区域的场景温度、声音、震动、空气压力、风向、风速、甲烷浓度、粉尘浓度、视频图像和场景深度；工作异常状态包括：采集设备工作过程中的设备异常或故障报警；通信设备的传输链路异常中断，设备异常或故障报警。
[0019]进一步地，所述监测报警方法中，形状异常物体的判定过程包括：提取测距装置采
集的视频图像中任意相邻帧图像；计算相邻两帧图像的像素差值图像和像素差值变化率图像；求取像素差值图像的灰度平均值M1和像素差值变化率图像的灰度平均值M2；当灰度平均值M1大于阈值M
T1
，或灰度平均值M2大于阈值M
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时，则判定为存在形状异常物体。
[0020]进一步地，所述监测报警方法中，温度异常物体的判定过程包括：根据多次测量的场景温度计算对应的温度变化图像和温度变化率图像；提取出温度变化图像中大于温度变化阈值的区域总面积S1，以及提取出温度变化率图像中大于温度变化率阈值的区域总面积S2；当区域总面积S1大于阈值S
T1
，或区域总面积S2大于阈值S
T2
时，则判定为存在温度异常物体。
[0021]进一步地，所述监测报警方法中，异常堆积物体的判定过程包括：利用测距装置获取监测区域内相邻两次的场景深度，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤矿动力灾害监测报警方法，其特征在于：煤矿动力灾害包括冲击地压、煤与瓦斯突出，所述监测报警方法包括以下步骤：A1：在煤矿采掘工作面布设监测报警系统，并对系统进行初始化；A2：实时采集监测区域内的多路监测数据，并分析是否存在疑似冲击地压或煤与瓦斯突出灾害的异常特征、形状异常物体、温度异常物体、异常堆积物体和异常移动物体；A3：实时诊断监测报警系统中多路监测数据的采集设备，以及数据传输网络中的通信设备，并分析所述设备是否存在工作异常状态；A4：循环A2～A3，当监测数据中存在部分或全部异常特征，以及存在形状异常物体、温度异常物体、异常堆积物体或异常移动物体，且异常特征持续一定时间时；或当监测数据中存在部分或全部异常特征，以及存在形状异常物体、温度异常物体、异常堆积物体或异常移动物体，且所述设备在短时间内相继出现工作异常状态时；则监测报警系统发出异常警告信号；A5：当出现异常警告信号后，监测报警系统分析监测区域内的甲烷浓度；当监测区域内的甲烷浓度正常，则发出冲击地压报警信号；当监测区域内的甲烷浓度迅速增高或达到报警值，则发出煤与瓦斯突出报警信号。2.如权利要求1所述的煤矿动力灾害监测报警方法，其特征在于：异常特征包括：声音强度和频率超过设定阈值，震动信号的能量和频率变化超过设定阈值，空气压力超过设定阈值，巷道风向逆转，巷道风速超过设定阈值，甲烷浓度超过设定阈值，粉尘浓度超过设定阈值。3.如权利要求1所述的煤矿动力灾害监测报警方法，其特征在于：监测数据包括：监测区域的场景温度、声音、震动、空气压力、风向、风速、甲烷浓度、粉尘浓度、视频图像和场景深度；工作异常状态包括：采集设备工作过程中的设备异常或故障报警；通信设备的传输链路异常中断，设备异常或故障报警。4.如权利要求1所述的煤矿动力灾害监测报警方法，其特征在于：形状异常物体的判定过程包括：提取测距装置采集的视频图像中任意相邻帧图像；计算相邻两帧图像的像素差值图像和像素差值变化率图像；求取像素差值图像的灰度平均值M1和像素差值变化率图像的灰度平均值M2；当灰度平均值M1大于阈值M
T1
，或灰度平均值M2大于阈值M
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时，则判定为存在形状异常物体。5.如权利要求1所述的煤矿动力灾害监测报警方法，其特征在于：温度异常物体的判定过程包括：根据多次测量的场景温度计算对应的温度变化图像和温度变化率图像；提取出温度变化图像中大于温度变化阈值的区域总面积S1，以及提取出温度变化率图像中大于温度变化率阈值的区域总面积S2；当区域总面积S1大于阈值S
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，或区域总面积S2大于阈值S
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时，则判定为存在温度异常物体。6.如权利要求1所述的煤矿动力灾害监测报警方法，其特征在于：异常堆积物体的判定过程包括：利用测距装置获取监测区域内相邻两次的场景深度，并计算对应的深度变化图像；提取出深度变化图像中大于深度变化阈值的异常区域；通过公式V＝Sa*gray*num计算异...
【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：
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