[发明专利]一种基于无线传感器技术的煤矿井下作业安全实时监测预警方法

权利要求书

1.一种基于无线传感器技术的煤矿井下作业安全实时监测预警方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、对待监测的煤矿井下区域进行划分，将若干监测点均匀布设在待监测的煤矿井下区域中各子区域的拱形顶板岩层土壤内；

S2、检测待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处受到的挤压力，同时测量各子区域内各监测点位置与拱形顶板圆心的偏转角度；

S3、计算待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置的承压力；

S4、并检测待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处土壤含水量，分析各子区域内各监测点位置处土壤液压力；

S5、同时测量各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离，对比得到各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离差值；

S6、计算待监测的煤矿井下区域中各子区域的综合安全影响系数，若某子区域的综合安全影响系数大于设定的安全影响系数阈值，则发出预警提醒；

上述一种基于无线传感器技术的煤矿井下作业安全实时监测预警方法使用了一种基于无线传感器技术的煤矿井下作业安全实时监测预警系统，包括区域划分模块、监测点布设模块、挤压力检测模块、偏转角度测量模块、承压力分析模块、土壤含水量检测模块、土壤液压力分析模块、距离获取模块、距离分析模块、分析服务器、预警提醒模块和存储数据库；

所述监测点布设模块分别与区域划分模块、挤压力检测模块和土壤含水量检测模块连接，承压力分析模块分别与挤压力检测模块、偏转角度测量模块和分析服务器连接，土壤液压力分析模块分别与土壤含水量检测模块、存储数据库和分析服务器连接，距离分析模块分别与距离获取模块、存储数据库和分析服务器连接，分析服务器分别与预警提醒模块和存储数据库连接；

所述区域划分模块用于对待监测的煤矿井下区域进行划分，按照矿井长度等分方式划分成长度相同的若干子区域，对待监测的煤矿井下区域中各子区域按照设定的顺序依次进行编号，待监测的煤矿井下区域中各子区域的编号分别为1,2,...,i,...,n，将待监测的煤矿井下区域中各子区域的编号发送至监测点布设模块；

所述监测点布设模块用于接收区域划分模块发送的待监测的煤矿井下区域中各子区域的编号，对待监测的煤矿井下区域中各子区域进行监测点的布设，并按照布设的先后顺序依次对各子区域内各监测点进行位置编号，统计待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点的位置编号，构成待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点的位置编号集合Aⁱ_m(aⁱ₁,aⁱ₂,...,aⁱ_j,...,aⁱ_m)，aⁱ_j表示为待监测的煤矿井下区域中第i个子区域内第j个监测点的位置编号，将待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点的位置编号集合分别发送至挤压力检测模块和土壤含水量检测模块；

所述挤压力检测模块用于接收监测点布设模块发送的待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点的位置编号集合，分别检测待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处受到的挤压力，构成待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处受到的挤压力集合F_iA(f_ia₁,f_ia₂,...,f_ia_j,...,f_ia_m)，f_ia_j表示为待监测的煤矿井下区域中第i个子区域内第j个监测点位置处受到的挤压力，将待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处受到的挤压力集合发送至承压力分析模块；

所述偏转角度测量模块用于对待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置与拱形顶板圆心的偏转角度进行测量，构成待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置与拱形顶板圆心的偏转角度集合θ_iA(θ_ia₁,θ_ia₂,...,θ_ia_j,...,θ_ia_m)，θ_ia_j表示为待监测的煤矿井下区域中第i个子区域内第j个监测点位置与拱形顶板圆心的偏转角度，将待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置与拱形顶板圆心的偏转角度集合发送至承压力分析模块；

所述承压力分析模块用于接收压力检测模块发送的待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处受到的挤压力集合，同时接收偏转角度测量模块发送的待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置与拱形顶板圆心的偏转角度集合，计算待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置的承压力，统计待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置的承压力，将待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置的承压力发送至分析服务器；

所述土壤含水量检测模块用于接收监测点布设模块发送的待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点的位置编号集合，对待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处土壤含水量进行检测，构成待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处土壤含水量集合W_iA(w_ia₁,w_ia₂,...,w_ia_j,...,w_ia_m)，w_ia_j表示为待监测的煤矿井下区域中第i个子区域内第j个监测点位置处土壤含水量，将待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处土壤含水量集合发送至土壤液压力分析模块；

所述土壤液压力分析模块用于接收土壤含水量检测模块发送的待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处土壤含水量集合，提取存储数据库中存储的待监测的煤矿井下区域的标准深度，计算待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处土壤液压力，统计待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处土壤液压力，将待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处土壤液压力发送至分析服务器；

所述距离获取模块用于对待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离进行测量，获取各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离，统计各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离，构成各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离集合D_iA(d_ia₁,d_ia₂,...,d_ia_j,...,d_ia_m)，d_ia_j表示为第i个子区域内第j个监测点位置离拱形顶板圆心的距离，将各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离集合发送至距离分析模块；

所述距离分析模块用于接收距离获取模块发送的各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离集合，提取存储数据库中存储的待监测的煤矿井下区域中拱形顶板离圆心的标准距离，将各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离与拱形顶板离圆心的标准距离进行对比，得到各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离差值集合ΔD_iA(Δd_ia₁,Δd_ia₂,...,Δd_ia_j,...,Δd_ia_m)，Δd_ia_j表示为第i个子区域内第j个监测点位置离拱形顶板圆心的距离与拱形顶板离圆心的标准距离的对比差值，将各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离差值集合发送至分析服务器；

所述分析服务器用于接收承压力分析模块发送的待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置的承压力，同时接收土壤液压力分析模块发送的待监测的煤矿井下区域中各子区域内各监测点位置处土壤液压力，并接收距离分析模块发送的各子区域内各监测点位置离拱形顶板圆心的距离差值集合，提取存储数据库中存储的煤矿井下区域的承压力和土壤液压力的权重比例系数和煤矿井下区域中拱形顶板偏移距离的安全影响系数，计算待监测的煤矿井下区域中各子区域的综合安全影响系数，将待监测的煤矿井下区域中各子区域的综合安全影响系数与设定的安全影响系数阈值进行对比，若某子区域的综合安全影响系数大于设定的安全影响系数阈值，则发出预警指令至预警提醒模块；

所述预警提醒模块用于接收分析服务器发送的预警指令，进行预警提醒，并通知待监测的煤矿井下区域内所有人员进行撤离；

所述存储数据库用于存储待监测的煤矿井下区域的标准深度H_标，同时存储待监测的煤矿井下区域中拱形顶板离圆心的标准距离d_标，并存储煤矿井下区域的承压力和土壤液压力的权重比例系数，分别记为α,β，存储煤矿井下区域中拱形顶板偏移距离的安全影响系数μ。