[发明专利]一种煤矿井下工作面分布式水情监测系统

权利要求书

1.一种煤矿井下工作面分布式水情监测系统，其特征在于是一种在采掘工作面区域内进行非均匀分布式、多方位传感器布置及多参数动态突水信息监测的系统，该系统的组成为：由井下工作面测点网络（1）、井下分站控制器（2）、突水等级评价模型（3）、采区水仓排水系统（4）、矿井主排水系统（5）和地面综合监控管理系统（6）组成，所述井下工作面测点网络（1）由压力传感器（7）、水位传感器（8）、明渠流量计（9）和瞬变电磁仪（10）组成，其传感器数量在使用时按需要确定，其布置方式：沿顶板和底板走向，在工作面顶板和底板区域内安装压力传感器（7），在导水沟内和采区水仓内安装水位传感器（8），压力传感器（7）和水位传感器（8）按照现场实际情况采用非均匀方式布置，在导水明渠内安装明渠流量计（9），在采掘工作面前方安装瞬变电磁仪（10），构成井下工作面分布式、多参数动态突水信息的测点网络，所述井下分站控制器（2）选择内部包括有数据处理单元、数据储存单元和控制单元的通用型PLC控制装置，并安装在井下移动变电站内，所述突水等级评价模型（3）由滤波器（11）、神经网络算子（12）和D-S证据理论算子（13）组成并设计成计算软件，直接固化在井下移动变电站内的CPU核心芯片上，所述采区水仓排水系统（4）采用隔爆兼本安型数字化自动排水系统安装在采区水仓内，所述矿井主排水系统（5）是矿井主要设备之一位于矿井主水仓和副水仓内，所述地面综合管理系统（6）安装在地面调度中心，上述井下工作面测点网络（1）、井下分站控制器（2）、突水等级评价模型（3）、采区水仓排水系统（4）安装在井下工作面区域内或者同时安装在多个井下开采工作面区域内，并用并联组网方式和矿井主排水系统（5）与地面综合监控管理系统（6）联接；上述的井下工作面测点网络（1）的全部传感器分别与井下分站控制器（2）和突水等级评价模型（3）的滤波器（11）做电气联接，井下分站控制器（2）与采区水仓排水系统（4）和矿井主排水系统（5）联接，并通过光缆经井下环形以太网与地面综合监控管理系统（6）保持双向对接，所述采区水仓排水系统（4）除和上述井下分站控制器（2）联接外，同时也和井下工作面测点网络（1）中安装在采区水仓内的水位传感器（8）直接联接，上述的滤波器（11）接收全部传感器数据后采用小波分析法剔除噪声提取特征值，送神经网络网络算子（12）计算，再送D-S证据理论算子（13）进行两级数据融合计算后输出突水等级状态信号，突水等级状态分为安全、较安全、较危险或危险四个等级，其等级状态信号送回井下分站控制器（2）或直接通过光缆经井下环形以太网送地面综合监控管理系统（6），井下分站控制器（2）接收全部传感器测量数据和突水等级状态信号后经内部数据处理单元处理后送存储单元分类存储，并根据等级状态信号控制启动采区水仓排水系统（4）或直接启动矿井主排水系统（5）并通知地面综合监控管理系统（6）；采区水仓排水系统（4）按照井下分站控制器（2）的控制指令启动排水或按照安装在采区水仓内的水位传感器（8）设定的水位上限直接自动排水，实现多参数和单参数双路控制以保证采区水仓及时排水，矿井主排水系统（5）除完成矿井一般排水任务外，将矿井主排水系统（5）和井下分站控制器（2）联接，实现井下动态水情超前探测，危险状态时立即启动主排水系统，地面综合管理系统（6）随时监控井下采掘过程中动态水情的变化情况，危险状态及时决策指挥和组织应急预案。

2.按照权利要求1所述的一种煤矿井下工作面分布式水情监测系统，其特征在于所述的压力传感器（7）和水位传感器（8）按照现场实际情况采用非均匀方式布置，在重点隐患处密集布置传感器，压力传感器（7）间隔距离为1~1.5m，导水沟内水位传感器（8）间隔距离为30~35m；在非重点隐患处，压力传感器（7）间隔距离为3~5m，导水沟内水位传感器（8）间隔距离为40~60m，在重点隐患处和非重点隐患处均采用等间隔或非等间隔布置。

3.按照权利要求1所述的一种煤矿井下工作面分布式水情监测系统，其特征在于所述的水位传感器（8）使用专为解决井下导水沟和小水仓水面浅、煤泥多的问题而设计的ZL200710185265.3中的本安型数字水位传感器，根据水沟深度不同，分为50cm和80cm两种长度规格，在采区水仓使用时，根据水仓深度不同有1m、2m和3m三种规格。

4.按照权利要求1所述的一种煤矿井下工作面分布式水情监测系统，其特征在于为提高输出结论的正确性，所述的突水等级评价模型（3）经过小波法滤波器（11）滤波后再送两级融合算子计算，且一般情况下等级评价模型（3）通过分站控制器（2）和地面联接，紧急状态时通过光缆经井下环形以太网直接将危险信号通知地面综合监控管理系统（6），保证危险状态信号双路输出。