采空区在线监测及预警系统的解决方案
矿山安全在线监测与预警三维智能系统的构架与实现
矿山安全在线监测与预警三维智能系统的构架与实现摘要：矿山安全在线监测与预警三维智能系统是针对矿山安全生产的实际需求所开发，该系统能自动化采集、分析、处理和集成多源监测数据，进行三维仿真和真四维矿山安全推演分析，可为矿山安全管理提供高效信息化解决方案。
该文就该系统的架构及功能进行了分析总结。
关键词：矿山安全物联网三维仿真应急指挥矿业是我国基础工业的支柱,是国民经济建设的基础。
我国正处于工业化进程中，对矿产资源的需求不断增加。
而矿山环境恶化，矿山安全事故预警和防治技术较为落后，矿山安全事故频繁发生，矿山安全压力不断增大。
目前我国的大型矿山已逐渐安装有监测系统，但是这些系统均存在着通用性差、自动化程度低、缺乏三维仿真与推理，不能满足矿山安全生产的需要。
矿山安全在线监测与预警应急三维智能系统能自动化采集、分析、处理和集成多源监测数据，进行三维仿真和真四维矿山安全推演分析，可为矿山安全管理提供高效信息化解决方案。
1 系统架构该系统由多个功能子系统组成，所有子系统通过标准化的服务接口调用基础平台获得统一数据交换服务，达到数据互通互联的目的，避免形成信息孤岛。
如图1所示(1）数据层由分布于各矿山矿部的数据库组成数据集市，数据库服务器间互联，通过统一的访问控制器实现分布式访问。
基础设施层包括了现场所埋设（架设）的各类监测设备、数据采集器以及各类通信设备（光纤、无线网桥、GPRS DTU、PSTN联网设备等）。
(2）服务层将服务以SOAP Web Service的方式进行发布，包括以下四个子模块：基础软件层提供对分布式数据库的远程访问功能，具备对数据库的一般操作通过三层架构，即Model模型层、DAL数据存储层、BLL业务逻辑层进行整体设计。
服务管理层主要实现服务注册、服务查找以及服务调用的功能。
（3）业务层是对该系统各项实际功能的实现，包括了GPS监测、超声波液位计监测、静力水准监测、视频监测、雨量计监测、三维模拟演变分析以及预测分析模块。
采空区治理方案
采空区治理方案引言采空区是指煤炭、金属矿山等矿产开采活动后的矿山空间，由于资源的开采，地下的矿石被掏空，导致地表产生了一定的沉陷和塌陷问题，给环境和社会带来了许多负面影响。
因此，为了有效治理采空区，保护环境和人民的生命财产安全，需要制定科学的治理方案。
采空区治理的目标1.恢复和修复采空区的地质地貌；2.防止采空区的地表沉陷和塌陷，减少对周边建筑物和土地的影响；3.修复采空区的生态系统，提高生态效益；4.利用采空区开展其他经济活动，实现资源的再利用。
治理方案的具体措施1. 地质地貌修复对采空区的地质地貌进行修复，主要包括以下措施：•地表重新塑造：采用填方、挖掘、挖土等方式，填补和平整地表，恢复原有的地貌形态；•地下填充材料的选择：选择适当的填充材料，如砂石、砾石等，填充采空区的地下空间，增加地下承载能力；•地下排水系统建设：采用排水井、排水管网等方式，将地下水排出，减少沉陷和塌陷的风险。
2. 防止沉陷和塌陷为了保护周围的建筑物和土地不受沉陷和塌陷的影响，需要采取以下措施：•建立监测系统：通过地面沉陷监测仪器和技术手段，对采空区进行实时监测，及时发现沉陷和塌陷的风险；•强化地下支护工程：采用钢支撑、预应力锚杆等方法，对采空区进行加固，增强地下承载能力；•控制开采活动：在开采矿产时，要合理控制开采速度、范围和方式，减少对地下空间的破坏。
3. 生态系统修复为了修复采空区的生态系统，需要进行以下工作：•植被恢复：选择适宜的植物种类，如草、树等，进行大面积植被覆盖，增强土壤保持能力；•水源修复：对采空区的水源进行清理和修复，加强水源管理；•野生动植物保护：保护和引入适应采空区环境的野生动植物，维护物种多样性。
4. 资源再利用对采空区进行资源再利用，可以实现资源的最大化利用和经济效益的提升：•建设工业园区：利用采空区的地理位置和基础设施，建设工业园区，吸引企业投资和发展，推动区域经济发展；•发展旅游业：利用采空区独特的地貌和生态环境，发展旅游业，提升地区的知名度和经济效益；•开展农业活动：利用采空区的土壤和空间，开展农业活动，提高土地利用率。
采空区零自燃实施方案
采空区零自燃实施方案为了有效防止采空区发生自燃现象，保障矿井生产安全，我公司制定了采空区零自燃实施方案，具体内容如下：一、采空区监测1. 采用先进的监测设备对采空区进行实时监测，包括温度、氧气浓度、甲烷等指标的监测，并建立监测数据记录和分析系统。
2. 对于监测到的异常情况，及时报警并采取相应措施，确保采空区内部环境的稳定和安全。
二、通风系统优化1. 对采空区的通风系统进行优化升级，确保通风系统的畅通和有效性，避免死角和积尘现象的出现。
2. 加强通风系统的管理和维护，定期进行通风设备的检查和维修，确保通风系统的正常运行。
三、采空区封闭处理1. 对于已经停产或者废弃的采空区进行封闭处理，采用专业的封闭材料和技术，防止采空区内部气体的外泄和自燃的发生。
2. 对于正在使用的采空区，加强封闭管理，严禁乱堆乱放，确保采空区内部的整洁和干燥。
四、安全教育培训1. 加强矿工的安全意识培训，提高他们对于采空区自燃危险的认识，教育他们正确使用监测设备和通风系统，及时发现和报警异常情况。
2. 定期组织采空区安全知识培训和演练活动，提高矿工的自救和逃生能力，确保在发生自燃情况时能够迅速有效地应对。
五、应急预案制定1. 制定采空区自燃的应急预案，明确各级责任人和应急处置流程，确保在自燃发生时能够迅速有效地进行处置和救援。
2. 定期组织应急预案演练，检验应急处置的有效性和可行性，及时修订和完善应急预案。
六、监督检查评估1. 建立采空区自燃的监督检查制度，定期对采空区的安全管理情况进行检查评估，发现问题及时整改。
2. 加强对于采空区自燃防控工作的监督和督促，确保各项防控措施的有效实施和落实。
以上就是我公司制定的采空区零自燃实施方案，希望能够有效预防和控制采空区自燃的发生，确保矿井生产安全和矿工的人身安全。
同时，也希望各级管理人员和矿工能够认真执行这些方案，做好采空区自燃的防控工作，共同维护矿井的安全稳定。
采空区在线监测安全措施
采空区在线监测安全措施矿井采空区在线监测系统安装安全技术措施编制单位：通防科编制日期:2022 年 3 月 11 日矿井采空区在线监测系统安装安全技术措施一、矿井采空区在线监测系统介绍矿井火灾是煤矿主要灾害之一，采空区自然发火占很高比例。
矿井火灾一旦发生，轻则影响安全生产，重则烧毁煤炭资源和物资设备，甚至引发瓦斯、煤尘爆炸。
因此，做好矿区内采空区发火预测预警和定位对于减少生命财产损失具有重要意义。
二、安装方案及工期(一)地面设备布置工控机、地面光端机、打印机放置在调度室机房，系统软件安装在工控机里，工控机接交换机通讯线到地面光端机，地面光端机接从井下敷设上来的矿用阻燃通信光缆，打印机可单独接在工控机上或者接入到调度室局域网上。
(二)分站设置分站安装前应在井上进行分站的编码、通电检查和功能测试，确认无误后方可下井安装，安装时注意到电源接线桩的抽头是不是 1140V，为多路气体采样泵提供是 1140V，要针对井下电源实际相值调整好，避免电源接错烧坏变压器。
监测分站、交换机、本安电源、控制箱、采样泵供电用电源及束管分路箱(内含滤水器)放置在井下西五变电所内；由监测队配合厂家人员将分站运输至西五变电所内，设备需放置整齐；设备放置完成后由山东微感光电子有限公司委派工程师负责接电和接管，同时由信息化办公室(监测队)负责将井下设备连接至井下环网。
(三)铺设顺序1、西五变电所(激光束管分析仪等) —四心束管—西五三部变电所 (3 下 510 密闭； 710 米) ——二阶段煤仓(3 下 1101 材料巷； 1000 米) ——西十一一部(3 上 1101 材料巷； 1300 米) ——西十一五部(1110 材料巷； 2200 米)。
2、西五变电所(激光束管分析仪) —单芯束管—3 下 502 工作面回风隅角(1700 米)。
3、西五变电所(激光束管分析仪等) — (四心束管西五强力皮带-西三强力皮带机尾) —3 上 302 工作面(3300 米) ——301 运输巷密闭(2500 米) ——西三轨道巷密闭(2900 米)。
采空区监测管理制度
采空区监测管理制度一、监测管理制度的意义1、保障矿山安全生产采空区监测管理制度的建立，可以及时发现采空区的变化情况，为矿山安全生产提供科学依据，及时采取相应的措施，保障矿山安全生产。
2、保护环境采空区的存在会对地表产生一定的影响，如地面下陷、地裂缝等，而且采空区中的一些有害物质可能渗漏到地表和地下水中，对环境产生不利影响。
因此，采空区监测管理制度的建立，可以及时了解采空区对环境的影响，提前采取相应的环保措施，保护环境。
3、合理利用资源采空区的存在不仅对地表和地下环境产生影响，也可能影响到矿山后续的开发和利用。
通过监测采空区的变化情况，可以了解到采空区的分布、规模和稳定性等情况，有助于评估采空区对后续开发利用的影响，制定合理的资源开发利用方案。
二、监测管理制度内容1、监测目标采空区监测的目标是掌握采空区的空间位置，了解采空区的分布情况和变化趋势，提前发现可能存在的安全隐患，为及时采取对策措施提供可靠的数据。
2、监测内容（1）地质结构监测：包括采空区的地质构造、裂隙分布、地下水情况等。
（2）地面变形监测：包括地面沉降、地裂缝、塌陷等情况。
（3）地下水监测：包括地下水位、地下水压力等情况。
（4）地面和地下建筑物监测：包括矿山井筒、巷道、井下设施等建筑物的变形情况。
3、监测方法（1）地面测量：采用全站仪、GPS等测量仪器，对地面进行定点测量，获取地表变形情况。
（2）井下测量：采用传统测量仪器或无人机等现代技术，对井下设施和地质结构进行测量。
（3）遥感监测：利用遥感技术，对矿山区域进行高分辨率影像的获取和分析，了解地表变化情况。
（4）地下水监测：采用水位计、压力计等仪器对地下水位和压力进行监测。
4、监测频次根据矿山的具体情况和采空区的特点，确定监测频次，一般为每季度进行一次采空区监测，发现异常情况及时处理。
5、监测报告对监测结果进行分析和总结，形成监测报告，包括采空区的变化情况、存在的问题以及建议的解决措施等内容，并及时反馈给相关部门和领导。
采空区综合治理工程方案
采空区综合治理工程方案一、前言采空区指的是矿山开采完毕后形成的空洞区域。
这些采空区通常具有深度深、面积广的特点，对周围的地质环境和生态环境都具有一定的影响。
为了防止采空区造成的地质灾害和环境污染，综合治理工程是必不可少的。
本方案将介绍采空区综合治理的方法和工程设计。
二、采空区综合治理的意义1.保护地质环境：采空区在矿山开采完毕后容易导致地质灾害，如塌陷、地面沉降等。
综合治理可以有效地防止这些地质灾害的发生，保护周边地质环境。
2.保护生态环境：采空区通常对周边的生态环境造成破坏，综合治理工程可以修复这些破坏，保护采空区周边的生态环境。
3.资源再利用：采空区的综合治理可以将原本荒废的空间重新利用起来，开展农业、旅游等产业，实现资源的合理利用。
三、采空区综合治理工程的设计1.地质调查：对采空区进行详细的地质调查，包括地质构造、地下水情况、岩石力学性质等，为综合治理工程的设计提供准确的地质数据。
2.灾害评估：对采空区进行灾害评估，分析可能发生的地质灾害类型和危险程度，为后续治理工程的设计提供依据。
3.采空区封闭：对采空区进行封闭处理，包括填充、加固、支护等措施，防止采空区带来的地质灾害。
4.生态修复：对采空区周边的生态环境进行修复，包括植被种植、水土保持等措施，恢复采空区周边的生态平衡。
5.资源再利用：对采空区进行规划设计，开展农业、旅游等产业，实现采空区资源的再利用。
6.监测和管理：对采空区进行长期的监测和管理，随时掌握采空区的变化情况，有效防止可能发生的地质灾害。
四、采空区综合治理工程的实施1.组织建设：成立采空区综合治理工程领导小组，明确分工，制定工作计划和实施方案。
2.工程建设：根据设计方案，组织施工队伍开展采空区综合治理工程的施工，确保工程质量和进度。
3.生态修复：组织植被种植、水土保持等生态修复措施的实施，恢复采空区周边的生态环境。
4.资源再利用：制定资源再利用的规划，组织农业、旅游产业的开发和建设，实现采空区资源的再利用。
采空区探测的基本方法和初步工作方案
采空区探测的基本方法和初步工作方案1.采空区物探方法探测的可行性1.1电性地质条件在煤系地层中，当煤层被开采以后,在地下岩层中形成一定的空区,同时采空区上方岩层在重力作用下发生一定的塌陷 ,造成煤层上覆岩体失去原有平衡状态而发生一定程度岩移,破坏了岩石的完整性、连续性,致使岩层破碎和出现大量的空隙和裂隙，电阻率在这些区域中其值也发生变化，使得原电阻率层状形态受到了破坏，呈不连续、杂乱现象。
一般松动、裂隙、坍塌、采空区为高阻反映，而当采空区域含水或其他含水充填物时易形成低阻异常。
总之煤层采空区与其周边岩层存在明显的电性差异，具备投入瞬变电磁法、高密度电法进行勘探的地球物理特征。
1.2氡气测量条件不同的岩石含有不同的放射性元素和非放射性元素，放射性元素在衰变时，会产生一种惰性气体——氡气。
在裂隙，构造发育的地区，岩石破碎、断裂密布及岩石坍塌等地段，特别利于氡气的释放和运移，易于形成氡气异常。
测量氡气异常的分布，能为研究浮土覆盖地区的构造、断裂带等工作提供重要的信息。
对于地下存在采空区时，会使其上部岩层结构发生变化，如岩石出现裂缝或破碎等。
这就为氡气的运移与集聚提供了有利的条件，从而形成氡异常，这便是利用氡气测量来解决地下采空区存在与否的地球物理前提。
2.采空区探测物探方法的原理介绍2.1瞬变电磁测量原理瞬变电磁探测是地球物理探测的主要手段之一，通过向地下发射电磁波激励地下目标，接收其产生的二次场，确定被测目标的物理参数。
瞬变电磁测量是利用不接地线圈 (或称回线 )向地下发射一次瞬变磁场, 通常是在发射线圈上供一个电流方波 ,可在地下产生稳定的磁场分布, 当电流方波关断后, 地球介质将产生涡流, 其大小取决于地球介质的导电程度。
该涡流不能立即消失, 它将有一个过渡过程, 过渡过程产生的磁场向地表传播, 在地表接收线圈把磁场的变化转化为感应电压的变化。
瞬变电磁法的测深原理又以“烟圈”效应形象地加以阐明，地表接收的二次电磁场是地下感应涡流产生的，其涡流以等效电流环向下并向外扩散，形如“烟圈”。
采空区情况检查分析措施
采空区密闭墙周巡回检查分析制度为加强我矿煤炭生产采空区探测及管理，防止采空区各类事故的发生，保障职工生命安全，根据《煤矿安全规程》、《煤矿防治水规定》、《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发〔2010〕23号）特制定本制度。
一、矿井采空区，包括各类采矿活动在井田范围内形成的采空区域、采空巷道及周边煤矿老空等。
矿井主要负责人是本单位采空区管理工作的第一责任人；总工程师（技术负责人）是采空区探测及技术管理的主要责任人；其他负责人对本职范围内的相应工作负责。
二、矿井必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，优先在地面进行采空区探查与治理，注重井下探测与治理工程，通过井上下物探、化探与钻探等立体综合探查，根治采空区安全隐患，确保安全生产。
我矿应对井田内及周边的生产矿井和废弃老窑情况进行详细的调查，建立矿井资料交换制度，及时填写采空区、老窑调查情况台帐及相关图纸。
矿地测部门要积极与地方主管部门协调沟通，建立与相邻矿井资料交换制度，定期交换与矿界相关的采掘生产进度信息。
对于能够准确判定空间形态、积水范围、积水量等资料清楚的采空区，在该区域掘进时，必须按照“有疑必探”的原则进行作业；对于无法准确判定的，在该区域掘进时，必须按照“有掘必探”的原则进行钻探验证。
根据采空区地面探测结果，对存在采空区大面积积水、积气和自燃的，必须制定井上下采空区综合治理方案。
同时应明确井上下积水、积气和自燃治理的重点工程，按计划分阶段组织检查。
矿井严格执行正常巡查制度，应当有专业人员分工观测井上积水情况、洪水情况、井下涌水量等有关水文变化情况，以及矿区附近地面有无裂缝、老窑陷落和岩溶塌陷等现象，及时向矿调度室及有关负责人报告。
三、建立井上下观测系统，做好老空水害隐患排查、水情水害监测及预测预报工作，每周进行水害分析，每月进行一次隐患排查。
存在老空水害时要进行水害分析评估，制定水害防治方案、设计及安全制度。
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采空区在线监测及预警系统的解决方案
一、系统简介
矿山安全技术研究所研制的采空区稳定性全自动化网络监测系统，通过监测采空区围岩和支护结构的应度地降力、应变、位移信号，对多种参数进行综合监测与集成分析，最大限度的实现各种监测指标的互补，从而大幅度降低了监测系统的成本，提高了灾害监测的准确性，实现了采空区灾害的实时监测与预警。
二、功能介绍
2.1、监测原理
采空区产生冒落、地面的沉降、变形、山体滑坡、坝体失稳等现象的根源在于原有应力体系的平衡被打破，岩体重新寻找应力平衡。
简单来说，应力平衡被打破才能失稳，进而发生位移。
应力的变化必定在位移这个结果发生之前，应力变化是因，位移变化是果。
因此可以利用失稳前的应力变化来监测岩体的稳定性。
对于边坡稳定性监测，可以自地表向边坡内进行钻孔，孔底须超过破裂滑动面若干距离，当山体滑坡前钢绞线的应力必定产生变化。
2.2系统构成及特点
系统分为监测终端模块和监测中心模块。
监测终端模块安置在野外或井下，包括：压力传感器、分控设备、数据传输模块、供电模块等。
监测中心模块安置在办公室内，包括：服务器、监测软件、主控设备、传输设备等。
应力监测是根据采空区地质构造，结合岩土力学结构知识，确定最易发生、最先发生、最应该被监测的点，积点成线、积线成网，从而实现对整个采空区的网状监测。
三、系统特点
1、实时性
监测中心与监测终端信道独立，终端数据可实时传输至监测中心，不会有信息滞后的情况产生。
2、在线性
系统采用B/S结构模式，通过web浏览器访问系统。
保证即使异地，也能随时掌握监测相关信息。
3、可靠性
服务器拥有独立的数据库系统，并且具有RAID双硬盘自动备份功能，同时支持网络备份。
4、三维展示
采用真实三维模型，准确直观的显示所监测位置的应力情况。
2.3应力监测系统说明
（1）整体界面
系统界面采用真实三维展示，所有实体为真实三维模型，全面展示了整个矿区的形态，同时提供矿区漫游等模式，更加直观、立体。
真实三维
（2）数据监测
1）各监测点的数据监测
可以通过三维界面显示监测点当前数据，也提供二维图表模式，二者结合可以更明了的查看数据波动情况。
三维显示
二维图表显示
2）应力实时监测：
通过剖面图方式展示监测点监测情况，当某个监测点数据突变时，会进行红色预警。
实时监测
3）应力变化量监测
提供数据变化量图表展示，采用柱状显示可以明确的了解该监测点数据变化情况。
变化量柱状图
4）历史数据查询
提供历史数据的查询，以图表形式展现，支持excel数据导出，方便数据管理。
历史数据5）扩展功能
在联网的情况下，提供周边天气情况。
天气情况。