本實(shí)用新型涉及災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分布式礦山災(zāi)害信息感知與多源聯(lián)動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

礦山安全生產(chǎn)直接關(guān)系到國(guó)家的資源安全開(kāi)發(fā)利用，發(fā)展災(zāi)害感知技術(shù)是國(guó)家的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》在公共安全領(lǐng)域的優(yōu)先主題之一便是“重大生產(chǎn)事故預(yù)警與救援”，它要求重點(diǎn)研究礦井瓦斯、動(dòng)力性災(zāi)害預(yù)警與防控技術(shù)[1]。在《社會(huì)發(fā)展科技領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目需求征集指南》的公共安全領(lǐng)域中明確提出需要研究數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境重大事件監(jiān)測(cè)預(yù)警與裝置。國(guó)務(wù)院辦公廳下發(fā)的“安全生產(chǎn)十二五規(guī)劃”也提出了建設(shè)煤礦瓦斯綜合防治和礦山安全監(jiān)測(cè)及信息化系統(tǒng)，提高重大危險(xiǎn)源監(jiān)控的目標(biāo)。

礦山災(zāi)害信息的感知是實(shí)現(xiàn)礦山安全監(jiān)測(cè)、保障安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。目前我國(guó)礦山在安全信息感知方面技術(shù)水平較低，主要表現(xiàn)在信息獲取的手段嚴(yán)重匱乏，尤其是對(duì)礦山重大災(zāi)害信息缺少實(shí)時(shí)、連續(xù)的采集與預(yù)警技術(shù)。其次是礦井信息的傳輸技術(shù)，需要改進(jìn)信息網(wǎng)絡(luò)分布的合理性和冗余技術(shù)，以減少礦山信息監(jiān)測(cè)的盲區(qū)，提高信息傳輸?shù)乃俣群涂煽啃?。第三是安全信息的融合技術(shù)，礦山災(zāi)害往往是多種因素共同作用的結(jié)果?，F(xiàn)有的礦山災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段基本上是局部性的監(jiān)測(cè)，比如對(duì)某一個(gè)工作面進(jìn)行監(jiān)測(cè)；同時(shí)是單一性的參數(shù)監(jiān)測(cè)，比如微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電磁輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它們只能感知到微震信息或電磁輻射信息。但是，任何一種單一的參數(shù)信息都不足以作為重大災(zāi)害預(yù)警的可靠或充分依據(jù)，因此需要通過(guò)對(duì)大量的、不同類型的、不同來(lái)源的信息進(jìn)行融合，建立系統(tǒng)性的指標(biāo)體系和預(yù)警模型，為煤礦重大災(zāi)害預(yù)警及防控提供更加可靠的數(shù)據(jù)分析和決策支持。

因此，研究礦山災(zāi)害中煤與瓦斯突出、礦壓、突水等關(guān)鍵參數(shù)的感知技術(shù)，是煤礦各種災(zāi)害的分布式監(jiān)測(cè)理論深入發(fā)展、形成較為完善的分布式礦山災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前提，能夠?yàn)闉?zāi)害防治及安全決策提供科學(xué)依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種設(shè)計(jì)合理，穩(wěn)定性好的分布式礦山災(zāi)害信息感知與多源聯(lián)動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)。

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種分布式礦山災(zāi)害信息感知與多源聯(lián)動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于包括：包括主干環(huán)網(wǎng)、骨干網(wǎng)交換機(jī)、地面分析控制系統(tǒng)及傳感器節(jié)點(diǎn)，所述主干環(huán)網(wǎng)設(shè)置在礦井巷道內(nèi)，所述骨干網(wǎng)交換機(jī)間隔并聯(lián)在主干環(huán)網(wǎng)上，所述主干環(huán)網(wǎng)通過(guò)單獨(dú)的信號(hào)傳輸線路與地面分析控制系統(tǒng)相接，所述傳感器節(jié)點(diǎn)分布在巷道，所述傳感器節(jié)點(diǎn)采用有線和/或無(wú)線的方式與骨干網(wǎng)交換機(jī)相連接。

如果待測(cè)位置距離骨干網(wǎng)交換機(jī)比較近，可以將有線傳感節(jié)點(diǎn)直接連接到交換機(jī)。反之，則采用無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，讓它們彼此通信組成無(wú)線傳感網(wǎng)(WSN)，將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳遞到無(wú)線接入點(diǎn)(AP)，由AP將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給骨干網(wǎng)交換機(jī)，最終傳輸?shù)降孛娣治鲋行?，在那里進(jìn)行多源信息的聯(lián)合處理和融合。

所述主干環(huán)網(wǎng)直接使用井下已經(jīng)使用成熟的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，它的帶寬完全足夠容納瓦斯、礦壓、突水等災(zāi)害信息的同時(shí)傳輸。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)在需要進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)的區(qū)域部署，如礦井巷道、采煤工作面及采空區(qū)。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)分為水壓監(jiān)測(cè)傳感器、圍巖應(yīng)力傳感器、震動(dòng)傳感器、瓦斯監(jiān)測(cè)傳感器等，這些傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線或有線傳輸?shù)姆绞酵瓿勺约禾囟ǖ娜蝿?wù)，實(shí)時(shí)向骨干網(wǎng)交換機(jī)傳輸信息采集數(shù)據(jù)。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括底座以及設(shè)置于底座上的傳感器部件，該底座底部設(shè)置有滾輪，以及用于驅(qū)動(dòng)滾輪的電動(dòng)馬達(dá)，所述滾輪布置在軌道上，該底座帶動(dòng)傳感器部件在軌道上往返運(yùn)行，增加監(jiān)測(cè)區(qū)域，提高監(jiān)測(cè)效果。

所述軌道采用環(huán)形閉合方式布置。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可靠性高，在對(duì)現(xiàn)有各種礦井災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上，探索各種災(zāi)害信息的聯(lián)動(dòng)預(yù)警驅(qū)動(dòng)機(jī)制，將瓦斯、礦壓、突水等災(zāi)害信息統(tǒng)一在一個(gè)感知系統(tǒng)中，極大的壓縮了災(zāi)害監(jiān)測(cè)的實(shí)施成本，實(shí)現(xiàn)礦井災(zāi)害中的地球物理信息、采礦信息和空間信息互動(dòng)感知，構(gòu)建更為精確的礦井災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，提高對(duì)災(zāi)害的識(shí)別能力、監(jiān)測(cè)預(yù)警能力、防治與控制能力和決策能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型傳感器節(jié)點(diǎn)；

圖3為本實(shí)用新型傳感器節(jié)點(diǎn)布置圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

如圖1所示，一種分布式礦山災(zāi)害信息感知與多源聯(lián)動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)，包括：包括主干環(huán)網(wǎng)1、骨干網(wǎng)交換機(jī)2、地面分析控制系統(tǒng)(PLC)3及傳感器節(jié)點(diǎn)4，主干環(huán)網(wǎng)1設(shè)置在礦井巷道內(nèi)，骨干網(wǎng)交換機(jī)2間隔并聯(lián)在主干環(huán)網(wǎng)1上，主干環(huán)網(wǎng)1通過(guò)單獨(dú)的信號(hào)傳輸線路與地面分析控制系統(tǒng)3相接，傳感器節(jié)點(diǎn)4分布在巷道，傳感器節(jié)點(diǎn)4采用有線和/或無(wú)線的方式與骨干網(wǎng)交換機(jī)相連接。

如果待測(cè)位置距離骨干網(wǎng)交換機(jī)2比較近，可以將有線傳感節(jié)點(diǎn)直接連接到骨干網(wǎng)交換機(jī)2。反之，則采用無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，讓它們彼此通信組成無(wú)線傳感網(wǎng)(WSN)，將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳遞到無(wú)線接入點(diǎn)(AP)5，由AP將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給骨干網(wǎng)交換機(jī)2，最終傳輸?shù)降孛娣治隹刂葡到y(tǒng)3，在那里進(jìn)行多源信息的聯(lián)合處理和融合。

主干環(huán)網(wǎng)1直接使用井下已經(jīng)使用成熟的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，它的帶寬完全足夠容納瓦斯、礦壓、突水等災(zāi)害信息的同時(shí)傳輸。傳感器節(jié)點(diǎn)4在需要進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)的區(qū)域部署，如礦井巷道、采煤工作面及采空區(qū)。傳感器節(jié)點(diǎn)4分為水壓監(jiān)測(cè)傳感器、圍巖應(yīng)力傳感器、震動(dòng)傳感器、瓦斯監(jiān)測(cè)傳感器等，這些傳感器節(jié)點(diǎn)4通過(guò)無(wú)線或有線傳輸?shù)姆绞酵瓿勺约禾囟ǖ娜蝿?wù)，實(shí)時(shí)向骨干網(wǎng)交換機(jī)2傳輸信息采集數(shù)據(jù)。

如圖2、3所示，傳感器節(jié)點(diǎn)4包括底座401以及設(shè)置于底座401上的傳感器402，該底座底401部設(shè)置有滾輪403，以及用于驅(qū)動(dòng)滾輪403的電動(dòng)馬達(dá)404，滾輪403布置在軌道405上，該底座401帶動(dòng)傳感器402在軌道405上往返運(yùn)行，增加監(jiān)測(cè)區(qū)域，提高監(jiān)測(cè)效果，軌道405采用環(huán)形閉合方式布置。

在分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，首先必須解決的是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署問(wèn)題，它直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性，完整性和實(shí)效性，根據(jù)巷道工作面上節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集特性，我們決定采用環(huán)狀能耗模型。首先根據(jù)巷道的物理結(jié)構(gòu)特性，在普通環(huán)境中環(huán)狀能耗模型的基礎(chǔ)上，研究出適合巷道的環(huán)狀模型。其次，根據(jù)無(wú)線信號(hào)在巷道的傳播特性，在分析節(jié)點(diǎn)傳播探測(cè)到災(zāi)害信號(hào)的基礎(chǔ)上，確定適合于巷道的環(huán)狀能耗模型具體參數(shù)。

其次，我們將研究這種網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸技術(shù)。如果傳感器節(jié)點(diǎn)沒(méi)有直接連接到骨干交換機(jī)，將采用分簇路由算法。在設(shè)計(jì)該算法的時(shí)候，我們主要考慮傳感器的能量消耗和數(shù)據(jù)傳遞的實(shí)時(shí)性，鑒于災(zāi)害信息對(duì)時(shí)間的高度敏感性，實(shí)時(shí)性指標(biāo)將占據(jù)主導(dǎo)地位。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。