【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，尤其涉及非煤露天矿山安全风险监测与预警系统。
技术介绍
1、安全监测
涉及使用一系列技术和系统来监测、识别和预警各种安全风险，以保护人员安全、防止财产损失和维护环境安全。在非煤露天矿山背景下，因为露天矿山操作涉及多种潜在的安全风险，包括岩石滑坡、塌陷、机械故障、有害气体泄漏等。安全监测系统通过实时监控风险因素，为采矿操作提供了一个关键的安全保障层，结合了传感技术、数据分析、通信技术和自动化控制系统，不仅能够检测和警告即将发生的危险情况，还能在一定程度上自动采取措施以防止事故的发生，提高矿山的整体安全管理效率。
2、非煤露天矿山安全风险监测与预警系统是一个专为非煤露天矿山设计的综合性安全监测和预警解决方案，旨在通过监测矿山环境和操作中的关键安全风险因素，实时识别潜在的安全威胁，目的是提高矿山工作人员的安全性，防止事故发生，减少环境和财产的损害，通过早期识别风险并及时警告相关人员，降低重大事故发生的可能性，从而达到保护生命财产、提高生产效率和遵守相关安全法规的效果。
3、传统系统依赖间接测量或较原始的直接测量技术，导致数据准确性和实时性不足，难以有效评估职业健康风险。缺乏高精度的裂纹监测与预测能力，使岩石稳定性评估依赖经验判断，增加地质灾害风险，在风险识别和预警生成方面，缺乏自动化和智能化，影响预警的时效性和准确性。应急响应措施缺乏针对性和指导性，影响有效应对事故的能力，增加了安全事故的风险，影响生产效率和经济效益，可能导致重大人员伤亡和财产损失。
技术实现思
1、本专利技术的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：非煤露天矿山安全风险监测与预警系统包括激光散射监测模块、信号解析模块、裂纹模拟分析模块、风险识别模块、阈值计算模块、预警生成模块、应急响应指导模块；
3、所述激光散射监测模块基于mie散射理论，发射特定波长的激光穿透待测空气，通过激光散射原理分析散射光强度的变化，定量测量空气中粉尘浓度，得到粉尘浓度数据；
4、所述信号解析模块基于粉尘浓度数据，运用快速傅里叶变换对接收到的光电信号进行解析，提取粉尘颗粒的大小及分布特征，生成粉尘特性信息；
5、所述裂纹模拟分析模块基于有限元分析和断裂力学原理，结合地质条件和外部载荷因素，模拟裂纹在矿山环境中的扩展过程，得到裂纹扩展预测信息；
6、所述风险识别模块基于粉尘特性信息和裂纹扩展预测信息，标识潜在安全风险点，构建高风险区域图；
7、所述阈值计算模块基于高风险区域图，结合历史风险数据，利用统计分析方法，计算环境参数，包括风速风向的安全操作阈值，得到环境安全参数阈值；
8、所述预警生成模块比较当前环境参数与环境安全参数阈值，一旦超出阈值立即触发预警，生成预警信号；
9、所述应急响应指导模块基于预警信号，结合矿山应急响应方案，提供应急响应措施和指导，最小化风险影响，制定应急响应计划。
10、作为本专利技术的进一步方案，所述粉尘浓度数据包括粉尘颗粒的平均尺寸、最频繁出现的粉尘颗粒尺寸、尺寸分布的标准偏差，所述粉尘特性信息包括粉尘颗粒的几何形状、表面粗糙度、光学性质，所述裂纹扩展预测信息具体为预期扩展时间、扩展至关键结构的距离、预测扩展终止位置，所述高风险区域图具体指标定区域的风险等级、相应的监测频率、初步的应急措施建议，所述环境安全参数阈值包括粉尘浓度的安全上限、允许的最大裂纹扩展速率、风险区域内的最大人员密度，所述预警信号包括警报级别、警报发出时间、受影响区域位置，所述应急响应计划包括立即执行的安全措施、紧急疏散指示、关键设备的关闭程序。
11、作为本专利技术的进一步方案，所述激光散射监测模块包括激光发射子模块、散射光捕获子模块、数据分析子模块；
12、所述激光发射子模块在预定环境中，根据mie散射理论的参数设置，调整激光器发射特定波长的激光，确保激光穿透的空气体积和路径长度匹配要求，获取激光散射原始数据；
13、所述散射光捕获子模块采用调校好的光电探测设备固定在激光穿透路径的旁侧，捕获经过粉尘颗粒散射后的光强度变化，记录差异时间点上散射光强度的变化，得到散射光强度变化数据；
14、所述数据分析子模块利用激光散射原始数据和散射光强度变化数据，进行对比分析，计算粉尘颗粒导致的散射光强度变化比例，得到粉尘浓度数据。
15、作为本专利技术的进一步方案，所述信号解析模块包括信号收集子模块、信号转换子模块、特征提取子模块；
16、所述信号收集子模块基于粉尘浓度数据，使用传感器阵列收集经过粉尘颗粒散射后的光电信号，确保捕获的信号覆盖所需的动态范围和频率范围，获取光电信号集；
17、所述信号转换子模块基于光电信号集，应用数字转换器，将模拟光电信号转换为数字格式，调整采样频率和位深最大限度减少信息损失，得到数字信号序列；
18、所述特征提取子模块基于数字信号序列，运用离散傅里叶变换对信号进行频域分析，识别信号中代表粉尘颗粒大小及分布特征的频率成分，分析频域信息，揭示粉尘颗粒的物理特性，生成粉尘特性信息；
19、所述离散傅里叶变换，按照公式：
20、
21、对信号进行频域分析，分析频域信息，其中，x[k]为频域中第k个频点的复数值，a为信号增强系数，n为时域中的采样点索引，x[n]为时域中第n个采样点的值，为复数指数函数，n为信号的总采样点数，k为频域中的采样点索引。
22、作为本专利技术的进一步方案，所述裂纹模拟分析模块包括地质数据收集子模块、模拟参数设定子模块、扩展影响分析子模块；
23、所述地质数据收集子模块基于矿山现场的地质数据和裂纹的初始信息，包括裂纹的位置、长度和方向，评估裂纹的初始状态，得到裂纹初始评估结果；
24、所述模拟参数设定子模块基于裂纹初始评估结果，应用有限元分析方法模拟裂纹在差异地质条件和外部载荷影响下的扩展路径和速率，调整模拟参数匹配实际情况，生成裂纹扩展模拟结果；
25、所述有限元分析方法，按照公式：
26、
27、进行模拟，其中，为裂纹增长率，c和m为材料特性相关的常数，ffreq为加载频率影响系数，eenv为环境影响系数，δk为应力强度因子的范围，kcl为裂纹闭合系数，fshape为裂纹形状因子；
28、所述扩展影响分析子模块根据裂纹扩展模拟结果，分析影响裂纹扩展的关键因素，包括岩石强度、地下水位和外部载荷，评估因素对裂纹扩展速率和路径的影响，得到裂纹扩展预测信息。
29、作为本专利技术的进一步方案，所述风险识别模块包括风险因素整合子模块、风险评级子模块、区域标注子模块；
30、所述风险因素整合子模块收集并分析粉尘特性信息和裂纹扩展预测信息，结合矿山作业区域、历史安全记录和地质报告，识别潜在的风险源，包括易本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述非煤露天矿山安全风险监测与预警系统包括激光散射监测模块、信号解析模块、裂纹模拟分析模块、风险识别模块、阈值计算模块、预警生成模块、应急响应指导模块；
2.根据权利要求1所述的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述粉尘浓度数据包括粉尘颗粒的平均尺寸、最频繁出现的粉尘颗粒尺寸、尺寸分布的标准偏差，所述粉尘特性信息包括粉尘颗粒的几何形状、表面粗糙度、光学性质，所述裂纹扩展预测信息具体为预期扩展时间、扩展至关键结构的距离、预测扩展终止位置，所述高风险区域图具体指标定区域的风险等级、相应的监测频率、初步的应急措施建议，所述环境安全参数阈值包括粉尘浓度的安全上限、允许的最大裂纹扩展速率、风险区域内的最大人员密度，所述预警信号包括警报级别、警报发出时间、受影响区域位置，所述应急响应计划包括立即执行的安全措施、紧急疏散指示、关键设备的关闭程序。
3.根据权利要求1所述的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述激光散射监测模块包括激光发射子模块、散射光捕获子模块、数据分析子模块；
5.根据权利要求1所述的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述裂纹模拟分析模块包括地质数据收集子模块、模拟参数设定子模块、扩展影响分析子模块；
6.根据权利要求1所述的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述风险识别模块包括风险因素整合子模块、风险评级子模块、区域标注子模块；
7.根据权利要求1所述的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述阈值计算模块包括风险数据整合子模块、参数影响分析子模块、阈值设定子模块；
8.根据权利要求1所述的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述预警生成模块包括参数实时监控子模块、阈值对比子模块、警报激活子模块；
9.根据权利要求1所述的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述应急响应指导模块包括预警信号分析子模块、响应措施制定子模块、应急计划通知子模块；
...【技术特征摘要】
1.非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述非煤露天矿山安全风险监测与预警系统包括激光散射监测模块、信号解析模块、裂纹模拟分析模块、风险识别模块、阈值计算模块、预警生成模块、应急响应指导模块；
2.根据权利要求1所述的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述粉尘浓度数据包括粉尘颗粒的平均尺寸、最频繁出现的粉尘颗粒尺寸、尺寸分布的标准偏差，所述粉尘特性信息包括粉尘颗粒的几何形状、表面粗糙度、光学性质，所述裂纹扩展预测信息具体为预期扩展时间、扩展至关键结构的距离、预测扩展终止位置，所述高风险区域图具体指标定区域的风险等级、相应的监测频率、初步的应急措施建议，所述环境安全参数阈值包括粉尘浓度的安全上限、允许的最大裂纹扩展速率、风险区域内的最大人员密度，所述预警信号包括警报级别、警报发出时间、受影响区域位置，所述应急响应计划包括立即执行的安全措施、紧急疏散指示、关键设备的关闭程序。
3.根据权利要求1所述的非煤露天矿山安全风险监测与预警系统，其特征在于：所述激光散射监测模块包括激光发射子模块、散射光捕获子模块、数据分析子模...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗义均，肖琴，李海鹏，
申请(专利权)人：江苏磊鑫建设劳务有限公司，
类型：发明
国别省市：
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