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。
采空区监测预报
采空区监测预报制度
1、采空区地压监测应制定专门监测方案，明确专人、定点、定时进行全面监测，监测人员要按规定采集有关监测数据并做好记录，向有关部门及时上报监测数据、图表和初步分析；
2、要有真实反映井下采空区详情的现状图和井上井下对照图，并标明地表附着物(如:道路、桥涵、房屋、水塘、河流等重要设施);
3、各监测点要布置合理，做到有代表性、全面性和科学性，每500m至少布置一处监测点；
4、在地面设置观测点，观测地表沉降变化。
井下地压变化特别明显、人员不宜进入或无安全保障的地点可以设置远距离位移观测点，进行位移观测；
5、监测设备应进行定期校验，确保数据准确可靠；
6、监测人员下井实施监测时，至少2人同时进入，携带良好的手持照明，分别负责数据采集和监护工作。
7、现场监测时，一般采用听、看量、记等多种方法进行；
8、监测部位除底板鼓起、矿柱开裂、顶板下沉外，重
点观测夹层泥岩的“突出”以及矿柱片帮情况；
9、地压活动频繁期，井下应采取避让措施或停产避险；
10、监测人员发现突变情况，有权立即组织人员离；
11、所有监测活动应确保监测人人身安全。
2021年3月20日。
采空区稳定性监测预警新技术研究与应用_尹彦波
系数 。
由式 (4)可知, 当 X(1)(t)※ +∞时 ,则 lna(t0a--bbtt00·)tt ※ +∞,也即 at0 -bt0 · t※0。
由式 (4)可见 , 初始时间 t0 ≠0, 一般 t0 ≥1, 则 :t ※a/b。
由此可见 , 当岩石的变形量趋于无穷大时 , 时间
t趋于一定值 a/b。 因此 , 可将 T=a/b作为失稳预
矿产的大规模开发和利用 , 极大地推动了人类 经济和社会的发展 。 但是由于矿山的开采引起的地 面沉陷等灾害也给人类的生活和生态环境带来了消 极的影响 。 矿山沉陷对矿区环境造成的严重损害 , 己成为制约矿区可持 续发展的主要问 题之一 。 如 1875年德国的约翰 · 载梅尔矿 , 由于地表塌陷使得 铁路钢轨悬空 , 影响铁路运行 , 据 1895年德国的 “幸 福 ”杂志记载 , 在波希米亚的白流克程发生了地下 开采危及地面的严重事件 , 地面的突然沉陷毁掉了 31所房子 。开采沉陷造成巨大的经济损失 , 甚至人 员伤亡 ;由于采空区所引发的灾害在国内矿山中也 不胜枚举[ 1] 。
对矿山地压灾害预测预报的研究一般是在地质 调查评价 、理论分析 、地压监测等的基础上 , 运用各 种分析方法对岩体稳定性及地压灾害进行预测预报 研究 , 所采用的预测预报分析方法有回归分析方法 、 经验公式法 、临界值法等 , 但是 , 由于矿岩体的高度 非线性 、模糊性和不确定性等特征 , 决定了采空区顶 板或矿柱围岩失稳即矿山地压灾害预测预报系统是 一个高度复杂的非线性系统 , 因此 , 本研究采用非线 性科学理论模型对其稳定性进行预测研究 , 涉及的 非线性科学理论主要有 :灰色理论预测模型 、分形理 论预测模型 、突变理论预测模型 (尖点突变模 型 )、 Verhulst预测模型 、Verhulst反函 数预测模 型 、非线 性动力学预测模型等 , 本文主要介绍 Verhulst反函 数预测模型的建立及其在柿竹园多金属矿的预测研 究 [ 4] 。 2.1 Verhulst反函数预测模型
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)。
采空区自然发火光纤监测预警系统
一、采空区自然发火光纤监测预警系统
2015年“一通三防”安全费用建议计划中，共计安排“采空区自然发火光纤监测预警系统”5套，资金1910万元；其中：
塔山安排2套，700万元；
同忻安排1套，365万元；
金庄1套，350万元；
色连1套，500万元（含皮带栈桥）。
“采空区自然发火光纤监测预警系统”为新技术推广应用项目，在采后工作面封闭前将光纤预埋到采空区，通过光纤监测采空区温度变化，分析采空区自燃发火趋势，起到采空区自燃发火预测预报的作用；与现有的束管监测系统以及采空区定期检查和取样化验分析气体，进行预测预报所起的作用是一样的，只是增加了一种监测方法，但是却不能取代现有的常规分析手段；因此，可以暂缓实施。
二、四台建立地面注氮系统
14#层414盘区上覆上河沟和场西沟12#层采空区，曾经发生过火灾，为保证14#层81407等工作面顺利回采，2015年计划安排1393.99万元，建立注氮能力为4500m3/h（3台1500 m3/h）的地面注氮系统，预防矿井火灾事故的发生。
当石炭系首采面形成之后，将管路连接到工作面，地面注氮系统同时兼顾侏罗系和石炭系的防灭火需求。
由于12#层采空区范围大，只有4500m3/h(75m3/min)注氮能力，对预防采空区火灾事故作用较小。
现石炭系首采面何时生产还不确定，因此，可以暂缓实施。
采空区处治方案
采空区处治方案1. 引言采空区是指经过矿产资源开采后留下的地下空洞。
采空区的形成对地质环境和生态系统都带来了不可忽视的影响。
为了最大限度地减少采空区对环境的损害，并有效处理这些区域，需要制定采空区处治方案。
本文将介绍一个采空区处治方案，并讨论其实施步骤和效果。
2. 采空区处治方案的目标采空区处治方案的目标是实现以下几个方面的工作：•最小化采空区对地质环境和生态系统的影响；•有效利用采空区资源，促进经济发展；•保护采空区周边的生态环境，促进生态恢复；•降低采空区带来的安全风险。
3. 实施步骤3.1 采空区调查和评估首先，需要对采空区进行调查和评估。
调查内容应包括采空区的几何形态、地质结构、水文地质条件等信息。
评估工作应基于采空区的属性和周边环境特点，分析采空区对环境的潜在影响。
3.2 制定处理方案根据调查和评估的结果，制定相应的处理方案。
处理方案应包括以下内容：•采空区的修复和治理措施；•采空区的利用方式；•采空区周边环境保护和恢复措施。
3.3 实施处理方案按照制定的处理方案，组织相关资源和人力，开始实施。
实施过程中，应注意以下几个方面：•采用科学合理的技术手段，确保处理效果；•加强监测和追踪，及时发现和解决问题；•强化沟通和协调，促进各方合作，提高效率。
3.4 评估和调整处理方案实施完成后，应进行评估和调整。
评估工作应包括处理效果、经济效益、环境效益等方面的考量。
根据评估结果，及时调整处理方案，提高处治效果。
4. 采空区处治方案的效果通过采空区处治方案的实施，可以达到以下效果：•采空区的修复和治理，减轻对地质环境的影响；•采空区的有效利用，促进经济发展；•采空区周边生态环境的保护和恢复，促进生态平衡；•降低采空区带来的安全风险，保障人民生命财产安全。
5. 结论采空区处治方案对于减轻采空区对环境的影响，以及促进采空区资源的利用和经济发展具有重要意义。
通过科学合理的调查、评估、方案制定和实施，可以实现采空区的有效处理和利用，保护环境、促进经济、提升生活质量。
采空区在线监测及预警系统的解决方案
采空区在线监测及预警系统的解决方案随着煤矿井下及井上空气质量的恶化，逐步显现出令人担忧的采空区
火灾现象，令司机死亡，产生了严重的安全隐患。
全面有效地监测、预测、预警采空区事故，落实安全防控措施，实现采空区安全实时有效监测和控制，保护矿工生命安全，也成为煤炭企业加大安全生产投入的重要领域。
为解决采空区安全隐患的问题，先进的采空区在线监测及预警系统应
运而生。
该系统采用了多种传感器作为检测和预警的基础，它们能够实时监测
空气质量、火焰分布、采空区温度及湿度等情况，以及持续的气体检测，
为矿工提供第一时间的安全预警，并建立采空区安全综合预警机制。
该系统还将采用GPRS系统，搭载在采空区层袋外侧或便携式移动箱
车上，实现了远程实时监测。
同时，该系统也采用数据处理软件，针对监
测数据进行分析处理，有效解决采空区空气中不同污染物的检测和警报等
问题，从而提高安全预警的准确性和及时性。
此外，该系统还采用煤矿安全视频监控技术，可实时获取矿井内外的
实时影像，帮助实现从发生涉及采空区安全火灾的“瞬间”开始，采取立
即措施，实施有效的火灾救援。
高风险采矿作业环境下的安全预警系统设计
高风险采矿作业环境下的安全预警系统设计在高风险采矿作业环境中，保障矿工的生命安全是至关重要的。
为了及时发现潜在的危险，并采取相应的措施，安全预警系统的设计变得至关重要。
本文将讨论高风险采矿作业环境下的安全预警系统的设计。
首先，我们需要明确安全预警系统的目标是什么。
在高风险采矿作业环境中，安全预警系统的主要目标是提供实时的监控和警报，以确保及时采取行动来避免意外事故的发生。
因此，设计的关键是能够准确识别潜在的危险，并在需要时迅速发出警报。
安全预警系统应该包括以下几个重要组成部分：1. 监测传感器：高风险采矿作业环境中有许多潜在的危险因素，例如瓦斯泄露、地质变化、设备故障等。
安全预警系统应该配备各种传感器，以监测这些危险因素的存在和变化。
这些传感器应该能够实时获取数据，并将其传输到中央控制系统。
2. 中央控制系统：中央控制系统是整个安全预警系统的核心。
它负责接收传感器传来的数据，并进行分析和处理。
该系统应该能够实时监测环境参数的变化，并通过算法和机器学习来识别危险情况。
一旦发现潜在的危险，中央控制系统应该能够迅速发出警报信号。
3. 警报装置：警报装置是安全预警系统中最直接的部分。
一旦中央控制系统发出警报信号，警报装置应该能够立即启动，并通过闪光灯、声音或其他形式的警报来提醒矿工注意潜在的危险。
4. 通信系统：安全预警系统需要具备有效的通信系统，以便将警报传达给矿工和相关人员。
这可以通过安装无线呼叫装置或使用无线技术来实现。
通信系统应该稳定可靠，能够在恶劣环境下正常工作。
5. 数据存储和分析：安全预警系统还应该具备数据存储和分析的功能。
它应该能够存储传感器数据和预警记录，并提供分析报告。
这些数据可以用于事故分析和改进采矿作业的安全性。
在设计高风险采矿作业环境下的安全预警系统时，以下几个要点也需要考虑：1. 可靠性：安全预警系统需要具备高度可靠性，以确保在危险情况下正常工作。
它应该能够抵御恶劣环境、电力故障和物理外部干扰等。
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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
1、钻孔应力在线监测及预警系统
1-1系统介绍
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、最先发生事故的点并进行监测，积点成线、积线成网，从而实现对整个采空区的网状监测。
系统构成
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。
1-2、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。
保证即使在异地，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、先进性
我方拥有钻孔应力监测方法的国家专利；“矿山之星”为晶合注册商标；监测软件我方拥有独立的知识产权；曾多次被院士及教授专家组论证为：国内先进，国际领先。
钻孔应力地压监测及预警系统可用来监测矿山采空区导致的冒落或地面沉降、水电坝体稳定性监测、桥梁应力平衡健康性监测、山体滑坡（边坡稳定性监测）、大型地下工程安全性监测等等，可实现实时、在线、自动监测和预警。
对于井下矿山主要应用于地压监测，对于露天矿山主要应用于边坡稳定监测，属于矿山六大系统之监测监控系统之地压监测。
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。