【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及煤礦開采，具體為一種礦用粉塵濃度監測預警方法。
技術介紹
1、隨著我國煤礦行業的飛速發展，人們逐漸意識到粉塵濃度帶來的危害。礦井粉塵分布范圍廣，它會嚴重影響安全生產，是威脅煤礦工人生命健康的主要因素之一，為煤礦五大常見危害之一。煤礦高濃度粉塵不僅會誘發肺功能下降、塵肺病和慢阻肺等職業病，還會影響采煤工作效率，加速機械、電氣設備的損壞，縮短精密儀器、儀表的使用期限，甚至會引發煤塵爆炸、煤塵與瓦斯爆炸等安全事故，造成大量人員傷亡。
2、有鑒于此，設計一種應用于煤礦開采過程中粉塵濃度檢測的預警的方法，對煤礦的開采具有重要意義。
技術實現思路
1、為了解決現有技術的問題，本專利技術提供了一種礦用粉塵濃度監測預警方法，所述方法包括以下步驟：
2、步驟1、數據采集；
3、通過礦用呼吸性粉塵濃度無線傳感器和礦用本安型云臺式紅外攝像儀分別采集礦井中的粉塵濃度和環境可見度，并將采集到的數據傳送到礦用本安型無線監測主機；
4、步驟2、數據處理及分析；
5、礦用本安型無線監測主機對接受的數據進行處理，得到粉塵濃度，基于粉塵濃度判斷是否需要啟動降塵裝置；
6、步驟3、若粉塵濃度超出預設范圍，則啟動降塵裝置；
7、該過程中步驟1和步驟2持續進行，直至得到的粉塵濃度在預設范圍內，則關閉降塵裝置。
8、進一步地，所述礦用呼吸性粉塵濃度無線傳感器設置在采空區、采煤和掘進工作面、帶式輸送機的轉載點和自溜運輸
9、進一步地，所述礦用呼吸性粉塵濃度無線傳感器包括：分別與主控制功能單元連接的光發射信號控制單元、信號采集處理單元和粉塵采集單元；
10、所述光發射信號控制單元包括：電流驅動電路和與其電連接的激光光源；
11、所述信號采集處理單元包括：前置處理電路，與所述前置處理電路電連接的數據采集電路和濾波放大電路；
12、所述數據采集電路啟動后，將采集到的數據先經過所述前置電路的處理后，在經過所述濾波放大電路進行濾波后再發送；
13、所述數據采集電路采集粉塵相關的數據，采集到的數據首先被送到所述前置處理電路進行初步處理，經所述前置處理電路處理后再被傳送到所述濾波放大電路進行濾波處理，濾波處理后的信號被發送給主控制功能單元；
14、所述主控制功能單元包括：分別與監控主機連接的人機交互模塊、第一lora模塊和繼電器；
15、所述監控主機用于控制各個單元的工作模式；
16、所述繼電器用于電信號的傳輸，所述第一lora模塊用于各個單元之間的通信連接。
17、進一步地，所述礦用本安型云臺式紅外攝像儀包括：第二lora模塊、5g模塊、電源模塊、微處理器、聲光報警模塊和攝像頭模組；
18、所述第二lora模塊和所述5g模塊用于各模塊之間的相互通信；
19、所述電源模塊用于給各模塊進行供電；
20、所述聲光報警模塊用于檢測環境中的聲音和光線強度，基于檢測結果進行相應的告警提示；
21、所述礦用本安型云臺式紅外攝像儀的各個模塊均與所述礦用呼吸性粉塵濃度無線傳感器的監控主機連接。
22、進一步地，在對數據進行處理及分析時，采用svm算法與cnn算法結合的方案識別礦井粉塵濃度；
23、對采集到的視頻圖像數據進行小波包變換，提取反映粉塵特性的時頻特征，從變換后的數據中選擇與粉塵濃度最相關的特征(粉塵在圖像中的頻率分布和時間變化)，利用cnn自動提取圖像特征，增強模型對粉塵圖像的表征能力，使用svm進行粉塵濃度分類，使用貝葉斯和粒子群優化調整cnn和svm的超參數，以提高模型的性能和準確性，將處理后的數據帶入cnn-svm算法中，進行粉塵濃度的實時分析，根據分析結果，系統自動判斷是否需要啟動降塵裝置。
24、進一步地，粉塵濃度的檢測采用光散射的原理可以準確的測量出環境中懸浮顆粒物的相對質量濃度。
25、進一步地，在粉塵顆粒濃度比較低、分布比較均勻、直徑尺寸比較小的情況下粉塵散射光強度與相對質量濃度存在線性關系，光的散射特性主要取決于以下幾個部分；
26、衍射參數ρ＝2πr/λ，其中r表示顆粒的半徑，λ表示照射光的波長；
27、顆粒的復折射指數n為顆粒的光學常數；
28、散射角θ為入射光與散射光之間的夾角；
29、光的散射特性主要取決主要取決于衍射參數ρ，當ρ≤1時，顆粒的尺寸遠小于波長，散射光強符合瑞利定律，散射光強度與r6/λ4成正比；當ρ≈1時，散射光強符合米氏定律；當ρ≥1時，顆粒的尺寸遠大于波長，散射光強與光波長無關，而與顆粒濃度及照射面積成正比；
30、根據米氏定律得出散射光強i(θ)計算公式：
31、i(θ)＝(π2d4i0/16λ2l2)×[2j1(x)/x]2；
32、l為散射顆粒到觀察點的距離；
33、j1為一階bessel函數；
34、x為無因次參數；
35、λ為散射光波長；
36、d為顆粒粒徑；
37、i0為散射光入射光光強。
38、在任意空間立體角θ1到θ2內，單個粉塵顆粒的散射光強i(δθ)為，
39、i(δθ)＝2π∫i(θ)l2sinθdθ；
40、假設含塵氣流內粉塵的粒度分布函數為f(d)，在單位體積內粉塵總數為n,那么在任意空間立體角θ1到θ2內，所有粉塵顆粒的散射光強q(θ)為，
41、q(θ)＝∫i(δθ)nf(d)dd；
42、由以上公式計算得出的結果可得到粉塵質量濃度c；
43、c＝k×q(θ)；
44、式中k為光散射比例系數。
45、進一步地，礦用本安型無線監測主機通過無線通信技術將數據和分析結果傳送給地面監控主機，地面監控主機根據分析結果向無線監測主機發送特定的指令，接收到控制命令后，降塵裝置啟動，進行降塵操作，同時，電動球閥根據需要啟停，控制灑水降塵裝置
46、本專利技術的有益效果：
47、本專利技術與現有的粉塵濃度監測手段相比，可以實現礦井粉塵災害的動態感知、精準預警與智能管控，通過引入例如智能化和自動化技術，為了及時發現和解決粉塵濃度超標的問題，引入了實時監測技術，同時還可以實現遠程監控。這樣可以在第一時間發現粉塵濃度異常的情況，并及時采取相應的措施進行處理。
48、本專利技術的礦井粉塵濃度智能監測技術采用激光散射原理檢測粉塵濃度，激光散射原理可以監測非常小的顆粒物、實時測量粉塵濃度、準確測量粉塵濃度，而且激光散射原理監測粉塵濃度設備穩定可靠，可長時間運行，不需經常維護。該技術無線通信模塊采用lora擴頻調制技術，超低功耗，感應探頭采用開放式結構，有效防止粉塵污染，無風機、無封閉腔體，免除定期清掃本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，所述礦用呼吸性粉塵濃度無線傳感器設置在采空區、采煤和掘進工作面、帶式輸送機的轉載點和自溜運輸巷道區域；所述礦用本安型云臺式紅外攝像儀布置在井口、巷道、工作面區域。
3.根據權利要求1所述的礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，所述礦用呼吸性粉塵濃度無線傳感器包括：分別與主控制功能單元連接的光發射信號控制單元、信號采集處理單元和粉塵采集單元；
4.根據權利要求3所述的礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，所述礦用本安型云臺式紅外攝像儀包括：第二LoRa模塊、5G模塊、電源模塊、微處理器、聲光報警模塊和攝像頭模組；
5.根據權利要求1所述的礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，在對數據進行處理及分析時，采用SVM算法與CNN算法結合的方案識別礦井粉塵濃度；
6.根據權利要求5所述的礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，粉塵濃度的檢測采用光散射的原理可以準確的測量出環境中懸浮顆粒物的相對質量濃度。
7.根據權利要求1所述的礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，礦用本安型無線監測主機通過無線通信技術將數據和分析結果傳送給地面監控主機，地面監控主機根據分析結果向無線監測主機發送特定的指令，接收到控制命令后，降塵裝置啟動，進行降塵操作，同時，電動球閥根據需要啟停，控制灑水降塵裝置。
...【技術特征摘要】
1.一種礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，所述礦用呼吸性粉塵濃度無線傳感器設置在采空區、采煤和掘進工作面、帶式輸送機的轉載點和自溜運輸巷道區域；所述礦用本安型云臺式紅外攝像儀布置在井口、巷道、工作面區域。
3.根據權利要求1所述的礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，所述礦用呼吸性粉塵濃度無線傳感器包括：分別與主控制功能單元連接的光發射信號控制單元、信號采集處理單元和粉塵采集單元；
4.根據權利要求3所述的礦用粉塵濃度監測預警方法，其特征在于，所述礦用本安型云臺式紅外攝像儀包括：第二lora模塊、5g模塊、電源模塊...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王偉峰，李寒冰，白玉，張靜怡，陳怡帆，董夢洋，劉亦香，馬巖松，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：發明
國別省市：
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