1.本實用新型涉及煤礦火災監(jiān)測預警技術領域，更具體的涉及一種礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)。

背景技術：

2.十三五以來礦井外因火災或外因火災引起的爆炸事故頻發(fā)，造成了大量人員傷亡和財產損失。目前礦井巷道火災感知手段單一，并存在很大的感知盲區(qū)，不能保證安全感知的全覆蓋；傳感器缺乏自診斷及安全檢測儀表缺乏無線接入手段；視頻監(jiān)控信息資源挖掘利用率低，未實現(xiàn)視頻火焰與煙霧識別；沒有統(tǒng)一礦井巷道火災監(jiān)控系統(tǒng)和數據標準，各個系統(tǒng)之間的數據無法共享，資源重復配置；礦井巷道火災風險辨識方法與預測模型缺失；監(jiān)控系統(tǒng)數據綜合利用率低，缺乏相應的綜合管控平臺。如何有效地研發(fā)和融合各子系統(tǒng)是目前礦井巷道火災風險動態(tài)感知與智能預警面臨的主要問題。

3.然而，國內在礦井火災預警方面重硬件、輕軟件，重局部、輕整體，重投入、輕管理的問題，將物理基礎設施和信息基礎設施分開，沒有真正建立有效、開放的礦井輸送機膠帶火災風險綜合預警管控平臺。

技術實現(xiàn)要素：

4.本實用新型實施例提供一種礦井輸送機膠帶火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，用以解決上述背景技術中提出的問題。

5.本實用新型實施例提供一種礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，包括：一種礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于，包括：礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)、礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)和礦井火災風險監(jiān)控服務器；

6.所述礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)，包括：

7.本安型煤自燃信息無線傳感模塊，用于采集采空區(qū)氣體，并獲取氣體成分和氣體濃度；

8.煤自燃火災風險預警模塊，用于對比氣體濃度與對應氣體成分的預設氣體濃度，獲取采空區(qū)預警信號；

9.所述礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)，包括：

10.礦用本安型無線傳感模塊，用于獲取井下設備的煙霧溫度和煙霧濃度；

11.礦用本安型球型攝像儀，用于獲取井下火災高危場所的視頻圖像；

12.礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置，用于獲取視頻圖像中的煙霧信息并拍照保存；

13.礦井火災風險監(jiān)控服務器，用于對比煙霧溫度和預設煙霧溫度，獲取溫度預警信號；對比煙霧濃度和預設煙霧濃度，獲取濃度預警信號；并且根據采空區(qū)預警信號、溫度預警信號、濃度預警信號進行預警。

14.進一步地，所述礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)，還包括：

15.內因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機，用于收集本安型煤自燃信息無線傳感模塊獲

取的數據，及存儲煤自燃火災風險預警模塊處理后的信息；

16.lora無線傳輸模塊，用于將內因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機存儲的信息傳遞到礦井火災風險監(jiān)控服務器；

17.第一礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源，用于為本安型煤自燃信息無線傳感模塊、煤自燃火災風險預警模塊、內因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機、及l(fā)ora無線傳輸模塊供電。

18.進一步地，所述本安型煤自燃信息無線傳感模塊，包括：

19.束管，為多芯束管，平行于工作面鋪設在采空區(qū)，采空區(qū)等間距鋪設多路束管；

20.微型負壓抽氣泵，用于將采空區(qū)氣體通過束管抽至氣體監(jiān)測模塊；

21.氣體監(jiān)測模塊，采用基于tdlas技術的可調諧半導體激光器，用于獲取氣體成分與氣體濃度；

22.壓差傳感器，用于監(jiān)測采空區(qū)與工作面的壓差以確定密封性。

23.進一步地，所述煤自燃火災風險預警模塊，包括：

24.數字建模模塊，用于建立采空區(qū)三維模型；

25.邊緣計算模塊，用于對比氣體濃度與對應氣體成分的預設氣體濃度，獲取采空區(qū)預警信號，并建立數字孿生采空區(qū)。

26.進一步地，所述礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)，還包括：

27.外因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機，用于收集礦用本安型無線傳感模塊獲取的信息和礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置處理后的信息；

28.光纖傳輸模塊，用于通過光纖將外因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機收集的信息傳輸到礦井火災風險監(jiān)控服務器；

29.第二礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源，用于為礦用本安型無線傳感模塊、礦用本安型球型攝像儀、礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置、外因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機、光纖傳輸模塊供電。

30.進一步地，

31.所述井下設備包括：輸送機膠帶、電纜、機電設備；

32.所述井下火災高危場所包括：輸送機膠帶、變電所、硐室、井底車場、采煤工作面、電氣焊作業(yè)區(qū)域。

33.進一步地，

34.所述礦用本安型無線傳感模塊，內置gpu計算模塊，用于獲取井下設備的煙霧溫度和和煙霧濃度；

35.所述礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置，內置gpu計算模塊，用于獲取視頻圖像中的煙霧信息并拍照保存。

36.進一步地，所述礦井火災風險監(jiān)控服務器，包括：

37.監(jiān)控主機，包括：信息收集模塊、礦井火災綜合預警模塊、數據傳輸模塊；

38.其中，所述信息收集模塊，用于收集礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)、礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)的數據并傳遞到礦井火災綜合預警模塊；

39.其中，礦井火災綜合預警模塊，用于對比煙霧溫度和預設煙霧溫度，獲取溫度預警信號；對比煙霧濃度和預設煙霧濃度，獲取濃度預警信號；并且根據采空區(qū)預警信號、溫度預警信號、濃度預警信號進行預警；

40.其中，所述數據傳輸模塊，用于采用5g公網將礦井火災綜合預警模塊的數據傳輸到云端；

41.備份主機，用于儲存通過監(jiān)控主機接收和處理的數據。

42.插電電源，用于為監(jiān)控主機與備份主機供電。

43.進一步地，本實用新型實施例提供的礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，還包括：移動終端，用于通過登錄云端監(jiān)測實時數據與歷史數據；并當礦井火災風險監(jiān)控服務器監(jiān)測到風險時，自動接收信息并報警。

44.進一步地，所述移動終端為：手機、pad及其app；

45.所述手機、pad及其app，采用5g公網通過個人賬號登錄訪問、通過云端獲取監(jiān)控服務器的數據，當礦井火災風險監(jiān)控服務器監(jiān)測到風險時，自動接收信息并報警。

46.本實用新型實施例提供一種礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術相比，其有益效果如下：

47.本實用新型提供了一種礦井火災風險預警平臺，該平臺集采空區(qū)煤自燃災害與外因火災風險預警于一體，實現(xiàn)了束管監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)測系統(tǒng)、溫度監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)、煙氣監(jiān)測系統(tǒng)等監(jiān)測手段的有機融合，使各系統(tǒng)數據達到了互聯(lián)互通與融合。具體地，本實用新型采用煙氣感知、溫度監(jiān)測及火焰視頻智能識別等多手段于一體的監(jiān)測方法，提高煤礦外因火災超前預警感知的精度和魯棒性。具體地，本實用新型根據氣體特征，將煤自燃過程劃分為七個階段，建立預警指標體系及閾值，構建氣體與溫度的映射關系，提高煤自燃危險程度的判定精度，解決什么時候采取哪種防滅火措施的難題。具體地，本實用新型的數字孿生采空區(qū)實時顯示采空區(qū)氣體濃度及空間分布規(guī)律，結合煤自燃七階段精細劃分方法，繪制顯示采空區(qū)溫度等溫線，實現(xiàn)采空區(qū)高溫位置的可視化判定，解決在哪里采取防滅火措施的難題。具體地，本實用新型根據需要通過app的方式將數據及時推送到管理人員，方便煤礦火災的安全管理。

附圖說明

48.圖1為本實用新型實施例提供的礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)示意圖；

49.圖2為本實用新型實施例提供的礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)示意圖；

50.圖3為本實用新型實施例提供的采空區(qū)束管與測點布局示意圖。

具體實施方式

51.下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

52.本實用新型公開了一種礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，其目的在于解決礦井各監(jiān)控系統(tǒng)數據無法共享、資源重復配置、數據未深度挖掘、無智能識別與預警等問題，有效避免礦井內因(自燃)與外因火災隱患，為礦井火災風險預警與處置提供智能分析平臺。物聯(lián)網技術的應用，打破了傳統(tǒng)的思維，為建立礦井火災風險預警平臺提出了新的思路和方法。這對提高煤礦火災感知的自動化和信息化水平，促進煤礦防災、減災和抗災技術與裝備的產

業(yè)化升級，保障煤礦安全生產具有重要意義。

53.參見圖1～3，本實用新型實施例提供一種礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

54.礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)、礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)、礦井火災風險監(jiān)控服務器、移動終端。

55.礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)，包括：礦用本安型煤自燃信息無線傳感模塊、內因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機、礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源、煤自燃火災風險預警模塊、lora無線傳輸模塊。其中，礦用本安型煤自燃信息無線傳感器，用于監(jiān)測煤自燃特征信息及采空區(qū)漏風情況。

56.礦用本安型煤自燃信息無線傳感模塊包括氣體監(jiān)測模塊、微型負壓抽氣泵、束管、壓差傳感器。氣體監(jiān)測模塊為基于tdlas技術的可調諧半導體激光器，在線實時監(jiān)測o2、n2、co、co2、ch4、c2h4、c2h2氣體濃度，束管為多芯束管，平行于工作面鋪設在采空區(qū)，采空區(qū)等間距鋪設多路束管，微型負壓抽氣泵將采空區(qū)氣體通過束管抽至氣體監(jiān)測模塊，氣體檢測模塊分析氣體成分與濃度，壓差傳感器用于監(jiān)測采空區(qū)與工作面的壓差確定密封性。

57.礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機用于收集礦用本安型煤自燃信息無線傳感模塊傳輸的數據。

58.礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源為礦用本安型煤自燃信息無線傳感模塊、礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機、煤自燃火災風險監(jiān)測預警模塊、lora無線傳輸模塊提供電源。

59.煤自燃火災風險預警模塊包括數字建模模塊、邊緣計算模塊。數字建模模塊建立采空區(qū)三維模型，建立采空區(qū)三維模型屬于現(xiàn)有技術，本實用新型中不再贅述；邊緣計算模塊分析礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機收集的信息，對比氣體濃度與對應氣體成分的預設氣體濃度，獲取采空區(qū)預警信號，建立數字孿生采空區(qū)，可視化呈現(xiàn)采空區(qū)氣體時空分布信息，相應地，將采空區(qū)預警信號顯示在采空區(qū)三維模型中，亦屬于現(xiàn)有技術，本實用新型中不再贅述。

60.礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機用于存儲煤自燃火災風險預警模塊處理的數據。

61.lora無線傳輸模塊將礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機存儲的信息傳輸到礦井火災風險監(jiān)控服務器。

62.礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)，包括無線傳感模塊、外因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機、礦用本安型球型攝像儀、礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置、礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源、礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置、光纖傳輸模塊。

63.無線傳感模塊包括礦用本安型煙霧傳感器、礦用本安型溫度傳感器，用于監(jiān)測輸送機膠帶、電纜設備火災產生的煙霧濃度與溫度。

64.礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源為礦用本安型無線傳感器、外因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機、礦用本安型球型攝像儀、礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置、光纖傳輸模塊提供電源。

65.礦用本安型球型攝像儀，用于監(jiān)控輸送機膠帶、變電所、硐室、井底車場、采煤工作面、電氣焊作業(yè)區(qū)域等井下火災高危場所。

66.礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置內置gpu計算模塊，基于pycharm火焰煙霧識別算法對視頻圖像進行智能分析，識別所監(jiān)控區(qū)域皮帶、電纜及機電設備等是否有火焰或煙霧

出現(xiàn)，對發(fā)現(xiàn)的火焰或煙霧拍照保存。需要說明的是，獲取視頻圖像中的火焰或煙霧信息屬于常規(guī)的圖像處理，屬于現(xiàn)有技術，本實用新型中不再贅述。

67.外因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機用于收集礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置內置gpu計算模塊處理的圖像以及無線傳感模塊監(jiān)測的信息。

68.光纖傳輸模塊通過光纖將外因礦用本安型無線監(jiān)測裝置主機收集的信息傳輸到礦井火災風險監(jiān)控服務器。

69.礦井火災風險監(jiān)控服務器，包括監(jiān)控主機、備份主機、插電電源。

70.監(jiān)控主機包括信息收集模塊、礦井火災綜合預警模塊、數據傳輸模塊。

71.信息收集模塊通過收集礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)、礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)的數據信息并傳遞到礦井火災綜合預警模塊。

72.礦井火災綜合預警模塊通過接收煤自燃火災風險監(jiān)測預警軟件模塊傳輸的數據，對比煙霧溫度和預設煙霧溫度，獲取溫度預警信號；對比煙霧濃度和預設煙霧濃度，獲取濃度預警信號；并且根據采空區(qū)預警信號、溫度預警信號、濃度預警信號進行預警；同時對礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的火焰或煙霧進行實時跟蹤。

73.數據無線傳輸模塊，采用5g公網將礦井火災綜合預警模塊的數據傳輸到云端。

74.備份主機用來儲存通過監(jiān)控主機接收和處理的數據。

75.插電電源為監(jiān)控主機與備份主機供電。

76.移動終端，包括手機、pad及其app，通過個人登錄app訪問云端即可獲取當前監(jiān)控服務器數據；當分級預警達到灰色及其以上或礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置監(jiān)測到火焰或煙霧時，礦井火災綜合預警模塊通過數據傳輸模塊自動發(fā)送報警信息到終端并推送相關處理方法，同時終端自動切換畫面至礦用本安型球形攝像儀視頻畫面進行跟蹤。

77.實施例：

78.將多芯束管布置在煤層上方，利用負壓抽氣泵將采空區(qū)氣體抽至可調諧半導體激光器，可調諧半導體激光器通過激光掃描氣體吸收線實時監(jiān)測o2、n2、co、co2、ch4、c2h4、c2h2氣體濃度，將壓差傳感器布置在工作面測量工作面與采空區(qū)壓力差；監(jiān)測的氣體濃度與壓力傳感器監(jiān)測的壓力差傳遞到煤自燃火災風險預警模塊，設備使用前在預警模塊提前建立采空區(qū)三維模型，預警模塊接收到氣體濃度后根據設定的氣體指標預警閾值(參見表1)判斷采空區(qū)氣體溫度范圍與預警名稱，同時將判斷的采空區(qū)各區(qū)域溫度范圍建立在三位模型中，建立數字孿生采空區(qū)，通過lora傳輸模塊傳遞給礦井火災風險監(jiān)控服務器。

79.表1煤自然氣體指標預警閾值表

[0080][0081]

外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)的無線傳感模塊安裝在設備房、電纜附近，礦用本安型球型攝像儀安裝在井下火災高危場所，無線傳感模塊、礦用本安型球型攝像儀均與礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置相連，邊緣計算裝置基于pycharm火焰煙霧識別算法對視頻圖像進行智能分析，當識別到煙霧或火焰時自動拍照截圖保存記錄產生報警信號，同時設定無線傳感模塊溫度閾值、氣體濃度閾值，利用光纖將數據傳遞給礦井火災風險監(jiān)控服務器。

[0082]

礦井火災風險監(jiān)控服務器的備份主機接收并保存礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)與外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)實時數據；監(jiān)控主機對備份主機的數據進行分析，檢測外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)報警信號與超過預設閾值的溫度、氣體濃度，礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)溫度范圍；同時監(jiān)測采煤機當前推進速度并于設定的最低推進速度對比并結合預警名稱判斷當前主動協(xié)同防控方法(參見表2)，將檢測到的報警信號、異常溫度、異常濃度以及主動協(xié)同防控方法自動發(fā)送信息至云端與連接的移動終端。

[0083]

表2各級預警與主動協(xié)同防控方法表

[0084][0085]

移動終端通過app接收信息，同時各級管理人員能夠通過app查看當前與歷史數據

記錄，了解礦井安全情況。

[0086]

以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，本領域的技術人員可以對本實用新型實施例進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍，但是，本實用新型實施例并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護范圍內。技術特征：

1.一種礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于，包括：礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)、礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)和礦井火災風險監(jiān)控服務器；所述礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)，包括：本安型煤自燃信息無線傳感模塊，用于采集采空區(qū)氣體，并獲取氣體成分和氣體濃度；煤自燃火災風險預警模塊，用于對比氣體濃度與對應氣體成分的預設氣體濃度，獲取采空區(qū)預警信號；所述礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)，包括：礦用本安型無線傳感模塊，用于獲取井下設備的煙霧溫度和煙霧濃度；礦用本安型球型攝像儀，用于獲取井下火災高危場所的視頻圖像；礦用隔爆兼本安型邊緣計算裝置，用于獲取視頻圖像中的煙霧信息并拍照保存；礦井火災風險監(jiān)控服務器，用于對比煙霧溫度和預設煙霧溫度，獲取溫度預警信號；對比煙霧濃度和預設煙霧濃度，獲取濃度預警信號；并且根據采空區(qū)預警信號、溫度預警信號、濃度預警信號進行預警。2.如權利要求1所述的礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于，所述本安型煤自燃信息無線傳感模塊，包括：束管，為多芯束管，平行于工作面鋪設在采空區(qū)，采空區(qū)等間距鋪設多路束管；微型負壓抽氣泵，用于將采空區(qū)氣體通過束管抽至氣體監(jiān)測模塊；氣體監(jiān)測模塊，采用基于tdlas技術的可調諧半導體激光器，用于獲取氣體成分與氣體濃度；壓差傳感器，用于監(jiān)測采空區(qū)與工作面的壓差以確定密封性。3.如權利要求1所述的礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于，所述井下設備包括：輸送機膠帶、電纜、機電設備；所述井下火災高危場所包括：輸送機膠帶、變電所、硐室、井底車場、采煤工作面、電氣焊作業(yè)區(qū)域。

技術總結

本實用新型公開了一種礦井火災風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，包括：礦井煤自燃火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)通過束管抽取采空區(qū)氣體，利用可調諧半導體激光器分析氣體成分與各種氣體濃度，以此判斷采空區(qū)氣體溫度范圍，確定風險預警等級；礦井外因火災風險監(jiān)測預警子系統(tǒng)通過煙霧傳感器監(jiān)控井下設備是否引燃產生煙霧，通過視頻與圖像處理監(jiān)測火焰；通過對溫度、氣體、礦井電纜、皮帶和機電設備的監(jiān)控實現(xiàn)礦井外因火災風險的精準預警。該系統(tǒng)集采空區(qū)煤自燃災害與外因火災風險預警于一體，實現(xiàn)了束管監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)測系統(tǒng)、溫度監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)、煙氣監(jiān)測系統(tǒng)等監(jiān)測手段的有機融合，使各系統(tǒng)數據達到了互聯(lián)互通與融合?；ヂ?lián)互通與融合?；ヂ?lián)互通與融合。

技術研發(fā)人員：王偉峰 張方智 張鐸 王同友 ?？?任文濤 韓明 王堅志 劉韓飛 楊博 任浩 霍宇航

受保護的技術使用者：西安科技大學

技術研發(fā)日：2021.04.23

技術公布日：2022/3/4