一种基于物联网技术的井下支护智能管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网技术的井下支护智能管理系统，包括以下步骤；S1：传感器网络布置方法：S11：地应力参数获取：将地应力传感器安装在隧洞上下两端靠近支护上下端处的位置；S12：变形参数获取：将变形传感器安装在隧洞上下两端靠近支护上下端处的位置；S13：环境参数获取：将温度传感器、湿度传感器、氧气传感器、甲烷、一氧化碳浓度传感器和水位传感器依次安装到隧洞中；本发明专利技术基于物联网技术的井下支护智能管理系统，旨在提供一种能够实时监测、预警和管理井下支护的智能系统。该系统通过传感器网络、数据采集和处理、可视化界面以及智能决策支持系统实现对井下支护状态的监测、控制和预警。控制和预警。控制和预警。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网技术的井下支护智能管理系统


[0001]本专利技术涉及井下安全采矿
，具体为一种基于物联网技术的井下支护智能管理系统。

技术介绍

[0002]井下支护是指在矿井、隧道、地下工程等地下空间中采取的一系列措施，以确保工作区域的安全和稳定。井下支护的目标是防止地层崩塌、隧道坍塌、岩爆、涌水等灾害性事故发生，保障工作人员的生命安全和工程设施的正常运行。
[0003]井下支护的实施需要综合考虑地质条件、地下环境、工程要求等多个因素。常见的井下支护措施包括：岩层加固和支撑：通过钻孔爆破、锚杆等方法，对不稳定的岩层进行加固和支撑，增强岩体的稳定性。岩体加固的方式包括地层控制、锚网锚杆、喷射混凝土等。地下水的排放和防治：排放地下水可以减少地下水压力，降低涌水的风险。使用井筒排水、排水隧道、防渗坝等手段来控制和防治地下水。地下通风和瓦斯抽采：维持良好的地下通风系统，确保工作区域的氧气供应和有害气体的排除。采用通风机械设备和瓦斯抽采装置，控制瓦斯浓度，防止瓦斯爆炸。支护结构的建设：根据地质条件和工程要求，采用钢筋混凝土拱架、钢支撑等支护结构进行地下空间的稳定化。支护结构的设计需要考虑荷载传递、变形和应力分布等因素。监测和预警系统：部署监测设备和传感器，实时监测地下环境的变化，包括地应力、变形、温度、湿度等参数。基于监测数据建立预警系统，及时预警可能的地下灾害和故障。
[0004]井下支护是确保地下工作安全的关键环节，技术的不断进步使得井下支护越来越精细和高效。同时，智能化和自动化的支护系统也为井下工作提供了更高水平的安全性和效率。然而传统的井下支护管理方式存在一些挑战，如信息获取不及时、数据分析困难，以及事故预警能力不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于物联网技术的井下支护智能管理系统，旨在解决传统井下支护管理面临的问题，并提高其效率和安全性；通过引入物联网技术，实现传感器网络的部署与数据收集，并结合数据分析和处理方法，可以提供及时的井下环境参数监测、预警和控制策略，从而保障工人的安全和工作环境的稳定；此外，该系统还能够减少人力和物力资源的浪费，提高作业效率，为矿业行业带来显著的经济效益，可以有效解决
技术介绍
中的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于物联网技术的井下支护智能管理系统，包括以下步骤；S1：传感器网络布置方法：S11：地应力参数获取：将地应力传感器安装在隧洞上下两端靠近支护上下端处的位置。
[0007]S12：变形参数获取：将变形传感器安装在隧洞上下两端靠近支护上下端处的位
置。
[0008]S13：环境参数获取：将温度传感器、湿度传感器、氧气传感器、甲烷、一氧化碳浓度传感器和水位传感器依次安装到隧洞中。
[0009]S14：支护压力监测：在每根支护杆上安装压应力传感器。
[0010]S2:井下拓扑结构构造：使用网状拓扑结构的多节点互联来铺设地下隧洞中的监测结构，在此结构中，每个节点可以与其他节点直接相连，形成一个网状的布局。
[0011]S3:传感器布局规划：根据监测目标和井下拓扑结构，制定传感器布局规划。
[0012]S4:传感器布置密度：根据监测目标的灵敏度要求和实际情况，确定传感器的布置密度，对于至关重要的关键区域，可以增加传感器的布置密度。
[0013]S5:传感器安装方式：使用固定式传感器可以直接固定在墙壁或地面上；对于可移动式传感器，使用夹具或支架进行安装。
[0014]S6:确定数据传输方式：传感器需要将采集的数据传输到数据中心进行处理和分析，选用无线传输技术。
[0015]S7：电源供应：选用电池和交流电源的组合作为本系统的电源，电池用于紧急情况下使用。
[0016]S8：数据采集和处理：通过物联网技术，将传感器采集的数据传输到数据中心，在数据中心，利用先进的数据处理算法对数据进行处理、分析和存储。
[0017]S9：可视化界面：根据处理后的数据，生成可视化界面，用于实时展示井下支护的状态和数据趋势。
[0018]S10：预警系统：基于数据处理结果，生成智能预警系统。当监测数据达到预设阈值或异常情况发生时，系统能够自动发出预警通知，提醒操作人员采取相应的措施。
[0019]S11：智能决策支持：利用机器学习和人工智能算法，生成智能决策支持系统。
[0020]优选的，所述地应力传感器每隔1
‑
2米设置一组。
[0021]优选的，所述可视化界面提供二维、三维图形以及报表形式，便于操作人员进行可视化监测和分析。
[0022]优选的，所述传感器布局规划时，保障相邻的两个监控节点之间的距离小于传感器的探测直径。
[0023]优选的，数据采集后需要对接收到的原始数据进行预处理，包括数据清洗、去噪、异常值检测和纠正。
[0024]优选的，所述数据清洗步骤为：缺失值处理：检测并处理数据中的缺失值，删除包含缺失值的数据、使用插补算法填充缺失值；重复值处理：检测并处理数据中的重复值，可以通过唯一性约束或数据比较的方式进行；数据格式转换：将数据转换为统一的格式，如统一的日期时间格式、数值格式；数据筛选：根据需要，筛选出感兴趣的数据进行后续处理和分析。
[0025]优选的，所述数据去噪：平滑滤波：使用平滑滤波算法去除传感器数据中的噪声点，保留趋势和主要特征；傅里叶变换：通过使用傅里叶变换频域处理方法，将频率域上的高频噪声部分去除，得到更清晰的信号。
[0026]优选的，所述异常值检测采用统计方法，基于统计学原理，使用离群值检测算法识别数据中的异常值。
[0027]优选的，异常值纠正步骤为删除异常值，对于明显的异常值，可以直接删除或标记为缺失值，在后续处理中不予考虑，替换异常值，根据具体情况，可以采用插值、平均值、中位数方法将异常值进行替换，使其更符合预期的数据范围，算法纠正，对于特定类型的异常，可以使用特定的算法对数据进行修正，例如对时间序列数据进行平滑处理、趋势拟合。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术基于物联网技术的井下支护智能管理系统，旨在提供一种能够实时监测、预警和管理井下支护的智能系统。该系统通过传感器网络、数据采集和处理、可视化界面以及智能决策支持系统实现对井下支护状态的监测、控制和优化。本专利技术的井下支护智能管理系统能够提高工作安全性、降低事故风险，同时提高工程效率和资源利用率。
[0029]2、传感器网络可以实时监测地应力、变形、环境参数和支护压力等关键指标。与传统的手动检测相比，物联网系统可以提供更及时、准确的数据；通过物联网系统采集的大量数据可以进行深入分析和研究，包括趋势分析、异常检测和预测模型的建立；这有助于提前发现潜在风险和问题，并采取相应的措施；物联网系统可以根据预设阈值或异常情况自动发出预警通知；这使得支护管理人员可以及时做出反应，减少事故风险并保护施工人员的安全；3、通过无线传输技术，传感器采集的数据可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网技术的井下支护智能管理系统，其特征在于：包括以下步骤；S1：传感器网络布置方法：S11：地应力参数获取：将地应力传感器安装在隧洞上下两端靠近支护上下端处的位置；S12：变形参数获取：将变形传感器安装在隧洞上下两端靠近支护上下端处的位置；S13：环境参数获取：将温度传感器、湿度传感器、氧气传感器、甲烷、一氧化碳浓度传感器和水位传感器依次安装到隧洞中；S14：支护压力监测：在每根支护杆上安装压应力传感器；S2:井下拓扑结构构造：使用网状拓扑结构的多节点互联来铺设地下隧洞中的监测结构，在此结构中，每个节点可以与其他节点直接相连，形成一个网状的布局；S3:传感器布局规划：根据监测目标和井下拓扑结构，制定传感器布局规划；S4:传感器布置密度：根据监测目标的灵敏度要求和实际情况，确定传感器的布置密度，对于至关重要的关键区域，可以增加传感器的布置密度；S5:传感器安装方式：使用固定式传感器可以直接固定在墙壁或地面上；对于可移动式传感器，使用夹具或支架进行安装；S6:确定数据传输方式：传感器需要将采集的数据传输到数据中心进行处理和分析，选用无线传输技术；S7：电源供应：选用电池和交流电源的组合作为本系统的电源，电池用于紧急情况下使用；S8：数据采集和处理：通过物联网技术，将传感器采集的数据传输到数据中心，在数据中心，利用先进的数据处理算法对数据进行处理、分析和存储；S9：可视化界面：根据处理后的数据，生成可视化界面，用于实时展示井下支护的状态和数据趋势；S10：预警系统：基于数据处理结果，生成智能预警系统。当监测数据达到预设阈值或异常情况发生时，系统能够自动发出预警通知，提醒操作人员采取相应的措施；S11：智能决策支持：利用机器学习和人工智能算法，生成智能决策支持系统。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下支护智能管理系统，其特征在于：所述地应力传感器每隔1
‑
2米设置一组。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永刚，赵敏，徐文贵，康乐，冯媛斌，郑斌斌，马丽芳，王红敏，张猛，张俊，翟建武，
申请(专利权)人：赵敏霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿，
类型：发明
国别省市：