[發(fā)明專利]一種基于無線傳感器技術(shù)的煤礦井下作業(yè)安全實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110400397.3
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113090330A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石旭
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢拾易鑫科技有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
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1.一種基于無線傳感器技術(shù)的煤礦井下作業(yè)安全實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1、對待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域進(jìn)行劃分，將若干監(jiān)測點(diǎn)均勻布設(shè)在待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域的拱形頂板巖層土壤內(nèi)；

S2、檢測待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處受到的擠壓力，同時(shí)測量各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置與拱形頂板圓心的偏轉(zhuǎn)角度；

S3、計(jì)算待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置的承壓力；

S4、并檢測待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤含水量，分析各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤液壓力；

S5、同時(shí)測量各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離，對比得到各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離差值；

S6、計(jì)算待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域的綜合安全影響系數(shù)，若某子區(qū)域的綜合安全影響系數(shù)大于設(shè)定的安全影響系數(shù)閾值，則發(fā)出預(yù)警提醒；

上述一種基于無線傳感器技術(shù)的煤礦井下作業(yè)安全實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警方法使用了一種基于無線傳感器技術(shù)的煤礦井下作業(yè)安全實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括區(qū)域劃分模塊、監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)模塊、擠壓力檢測模塊、偏轉(zhuǎn)角度測量模塊、承壓力分析模塊、土壤含水量檢測模塊、土壤液壓力分析模塊、距離獲取模塊、距離分析模塊、分析服務(wù)器、預(yù)警提醒模塊和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫；

所述監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)模塊分別與區(qū)域劃分模塊、擠壓力檢測模塊和土壤含水量檢測模塊連接，承壓力分析模塊分別與擠壓力檢測模塊、偏轉(zhuǎn)角度測量模塊和分析服務(wù)器連接，土壤液壓力分析模塊分別與土壤含水量檢測模塊、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫和分析服務(wù)器連接，距離分析模塊分別與距離獲取模塊、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫和分析服務(wù)器連接，分析服務(wù)器分別與預(yù)警提醒模塊和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫連接；

所述區(qū)域劃分模塊用于對待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域進(jìn)行劃分，按照礦井長度等分方式劃分成長度相同的若干子區(qū)域，對待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域按照設(shè)定的順序依次進(jìn)行編號，待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域的編號分別為1,2,...,i,...,n，將待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域的編號發(fā)送至監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)模塊；

所述監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)模塊用于接收區(qū)域劃分模塊發(fā)送的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域的編號，對待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)，并按照布設(shè)的先后順序依次對各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行位置編號，統(tǒng)計(jì)待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)的位置編號，構(gòu)成待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)的位置編號集合Aⁱ_m(aⁱ₁,aⁱ₂,...,aⁱ_j,...,aⁱ_m)，aⁱ_j表示為待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中第i個(gè)子區(qū)域內(nèi)第j個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的位置編號，將待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)的位置編號集合分別發(fā)送至擠壓力檢測模塊和土壤含水量檢測模塊；

所述擠壓力檢測模塊用于接收監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)模塊發(fā)送的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)的位置編號集合，分別檢測待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處受到的擠壓力，構(gòu)成待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處受到的擠壓力集合F_iA(f_ia₁,f_ia₂,...,f_ia_j,...,f_ia_m)，f_ia_j表示為待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中第i個(gè)子區(qū)域內(nèi)第j個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位置處受到的擠壓力，將待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處受到的擠壓力集合發(fā)送至承壓力分析模塊；

所述偏轉(zhuǎn)角度測量模塊用于對待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置與拱形頂板圓心的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測量，構(gòu)成待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置與拱形頂板圓心的偏轉(zhuǎn)角度集合θ_iA(θ_ia₁,θ_ia₂,...,θ_ia_j,...,θ_ia_m)，θ_ia_j表示為待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中第i個(gè)子區(qū)域內(nèi)第j個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位置與拱形頂板圓心的偏轉(zhuǎn)角度，將待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置與拱形頂板圓心的偏轉(zhuǎn)角度集合發(fā)送至承壓力分析模塊；

所述承壓力分析模塊用于接收壓力檢測模塊發(fā)送的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處受到的擠壓力集合，同時(shí)接收偏轉(zhuǎn)角度測量模塊發(fā)送的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置與拱形頂板圓心的偏轉(zhuǎn)角度集合，計(jì)算待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置的承壓力，統(tǒng)計(jì)待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置的承壓力，將待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置的承壓力發(fā)送至分析服務(wù)器；

所述土壤含水量檢測模塊用于接收監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)模塊發(fā)送的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)的位置編號集合，對待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤含水量進(jìn)行檢測，構(gòu)成待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤含水量集合W_iA(w_ia₁,w_ia₂,...,w_ia_j,...,w_ia_m)，w_ia_j表示為待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中第i個(gè)子區(qū)域內(nèi)第j個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤含水量，將待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤含水量集合發(fā)送至土壤液壓力分析模塊；

所述土壤液壓力分析模塊用于接收土壤含水量檢測模塊發(fā)送的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤含水量集合，提取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)深度，計(jì)算待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤液壓力，統(tǒng)計(jì)待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤液壓力，將待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤液壓力發(fā)送至分析服務(wù)器；

所述距離獲取模塊用于對待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離進(jìn)行測量，獲取各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離，統(tǒng)計(jì)各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離，構(gòu)成各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離集合D_iA(d_ia₁,d_ia₂,...,d_ia_j,...,d_ia_m)，d_ia_j表示為第i個(gè)子區(qū)域內(nèi)第j個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離，將各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離集合發(fā)送至距離分析模塊；

所述距離分析模塊用于接收距離獲取模塊發(fā)送的各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離集合，提取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中拱形頂板離圓心的標(biāo)準(zhǔn)距離，將各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離與拱形頂板離圓心的標(biāo)準(zhǔn)距離進(jìn)行對比，得到各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離差值集合ΔD_iA(Δd_ia₁,Δd_ia₂,...,Δd_ia_j,...,Δd_ia_m)，Δd_ia_j表示為第i個(gè)子區(qū)域內(nèi)第j個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離與拱形頂板離圓心的標(biāo)準(zhǔn)距離的對比差值，將各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離差值集合發(fā)送至分析服務(wù)器；

所述分析服務(wù)器用于接收承壓力分析模塊發(fā)送的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置的承壓力，同時(shí)接收土壤液壓力分析模塊發(fā)送的待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置處土壤液壓力，并接收距離分析模塊發(fā)送的各子區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位置離拱形頂板圓心的距離差值集合，提取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的煤礦井下區(qū)域的承壓力和土壤液壓力的權(quán)重比例系數(shù)和煤礦井下區(qū)域中拱形頂板偏移距離的安全影響系數(shù)，計(jì)算待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域的綜合安全影響系數(shù)，將待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中各子區(qū)域的綜合安全影響系數(shù)與設(shè)定的安全影響系數(shù)閾值進(jìn)行對比，若某子區(qū)域的綜合安全影響系數(shù)大于設(shè)定的安全影響系數(shù)閾值，則發(fā)出預(yù)警指令至預(yù)警提醒模塊；

所述預(yù)警提醒模塊用于接收分析服務(wù)器發(fā)送的預(yù)警指令，進(jìn)行預(yù)警提醒，并通知待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域內(nèi)所有人員進(jìn)行撤離；

所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)深度H_標(biāo)，同時(shí)存儲(chǔ)待監(jiān)測的煤礦井下區(qū)域中拱形頂板離圓心的標(biāo)準(zhǔn)距離d_標(biāo)，并存儲(chǔ)煤礦井下區(qū)域的承壓力和土壤液壓力的權(quán)重比例系數(shù)，分別記為α,β，存儲(chǔ)煤礦井下區(qū)域中拱形頂板偏移距離的安全影響系數(shù)μ。