(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111504763.6 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 申请人 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 　 上海大屯能源股份有限公司孔庄煤 矿　 国家能源集团乌海能源 有限责任公 司 (72)发明人 胡相明　周勇　王伟　牟宗磊　 赵艳云　亓冠圣　贺正龙　吴明跃　 薛迪　孔彪　任万兴　陆伟　 邵文琦　曹金龙　李鹏　王伟东　(74)专利代理 机构 济南格源知识产权代理有限 公司 373 06 代理人 刘晓政 (51)Int.Cl. G08B 31/00(2006.01) G08B 17/06(2006.01) G08B 17/10(2006.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种矿井采空区煤自燃可视化动态监测预 警系统 (57)摘要 本发明涉及一种矿井采空区煤自燃可视化 动态监测预警系统及方法， 包括采空区煤自燃特 征信息的数据采集单元、 数据传输单元、 数据处 理单元、 图像成形单元、 智能预警单元； 无线传感 器在采空区内部构建点阵式无线传感器网络， 采 集采空区内部环境温度和煤自燃特征气体的动 态信息， 并建立实时可视化动态温度场和气体渗 流场； 本方案利用多种煤自燃特征气体及温度之 间的耦合机理评判煤自燃危险等级， 降低凭借单 一煤自燃 特征变量预警方法的误报率， 实现采空 区煤自燃实时可视化动态监测和 智能预警， 提高 采空区煤自燃监测的及时性、 可靠性和预警精确 度。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114170780 A 2022.03.11 CN 114170780 A 1.一种矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警系统， 其特征在于， 包括采空区煤自燃 特征信息的数据采集单元、 数据传输单元、 数据处理单元、 图像成形单元、 智能预警单元； 无 线传感器在 采空区内部构建点阵式无线传感器网络， 采集采空 区内部环境温度和煤自燃特 征气体的动态信息； 所述数据采集单元由布置在采空区内部的点阵式无线传感器网络进行环境温度和煤 自燃特征气体采集； 所述数据传输单元包括无线自组网络、 监测分站、 交换机和地面终端， 数据传输单元将数据采集单元采集的采空区环境温度和煤 自燃特征气体信息经无线传输 至监测分站， 再经交换机将数据传输至地面监测终端； 所述数据 处理单元基于深度学习和 多源数据融合理论， 在地面监测终端对采空区环 境温度和煤自燃特征气 体信息进 行综合处 理； 所述图像成形单元根据图像处理技术建立实时可视化的动态温度场和气体渗流场； 所 述智能预警单元根据可视化动态图像中的异常点进行精准定位和智能巡检， 并结合煤自燃 火灾危险评价模型确定预警等级。 2.根据权利要求1所述的矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警系统， 其特征在于， 点 阵式无线传感器网络采用分布式算法构建有容错能力的无线网络拓扑结构， 实现采空 区区 域监测的有效覆盖 。 3.根据权利要求2所述的矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警系统， 其特征在于， 传 感器采用无线传感器， 在传感器外包裹凝胶， 传感器通过凝胶 粘附固定在煤壁上， 传感器监 测煤矿井下采空区内部的环境温度和煤自燃特 征气体。 4.根据权利要求3所述的矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警系统， 其特征在于， 基 于点阵式传感器网络节点在采空区的布置方位， 无线传感器对采空区环境温度进行采集， 建立矿井采空 区温度场云图， 利用图像处理技术将采集的数据转化成可视化的动态温度场 云图。 5.根据权利要求4所述的矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警系统， 其特征在于， 基 于深度学习对无线传感器采集的煤自燃特征气 体数据进行 处理， 并预测气 体浓度的变化趋 势， 利用图像处理技术将煤自燃特征气 体数据与趋势转化成可视化的煤自燃特征气 体动态 渗流场。 6.根据权利要求5所述的矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警系统， 其特征在于， 对 可视化动态温度场云图和煤 自燃特征气体动态渗流场中的异常变化点处进行精准定位和 巡检， 当任意节点处图像发生异常变化时， 系统唤醒该节点处周围邻居传感器进行特征信 息的全面采集， 并传回数据终端 进行智能分析。 7.根据权利要求1所述的矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警系统， 其特征在于， 基 于多源数据融合揭示的煤自燃特征气体及温度之间的耦合机理， 构建煤自燃火灾危险评价 模型， 降低凭借单一煤自燃特征变量预警方法的误报率， 提高采空 区煤自燃监测的及时性、 可靠性和预警精确度； 确定各级预警等级的主要评判依据是图像的颜色变化程度， 图像颜 色变化分为4种红、 橙、 黄、 绿， 颜色越深表示煤自燃危险程度越高， 将安全情况下动态温度 场和气体渗流场的颜色定为绿色； 当动态图像中出现黄 色区域时， 启动一级预警机制； 出现 橙色区域时， 启动二级预警机制； 出现红色时， 启动三级预警机制。 8.一种矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警方法， 其特 征在于包括如下步骤， S1、 在煤矿井下采空区布置点阵式无线传感器网络， 点阵式无线传感器网络采用分布权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114170780 A 2式算法构建有容 错能力的网络 拓扑结构， 并实现采空区 区域监测的有效覆盖； S2、 对煤矿井下采空区环境温度和煤自燃特征气体进行数据采集， 点阵式无线传感器 网络中所用的传感器采用无线传感器， 同时监测煤矿井下采空 区内部的环境温度和煤自燃 特征气体; S3、 利用分布式传感器网络和图像处理技术建立可视化动态温度场， 基于点阵式传感 器网络节点在采空区的布置方位， 无线传感器对采空区环境温度的精确采集， 建立矿井采 空区温度场云图， 利用图像处 理技术将采集的数据转 化成可视化的动态温度场云图; S4、 基于深度学习和图像处理技术建立可视化煤自燃特征气体动态渗流场， 基于深度 学习对无线凝胶传感器采集的煤自燃特征气体数据进行处理， 并预测气体浓度的变化趋 势， 利用图像处 理技术将该数据与趋势转 化成可视化的煤自燃特 征气体动态渗 流场； S5、 对可视化动态图像中的异常点进行定位和智能巡检， 当任意节点处图像发生异常 变化时， 唤醒该节 点处周围邻居传感器， 进 行特征信息的全面采集， 并传回数据终端进行分 析； S6、 基于多源数据融合构建煤自燃火灾危险评价模型， 根据多源数据融合揭示的煤自 燃特征气体及温度之间的耦合机理， 构建煤自燃火灾 危险评价模型； S7、 根据煤自燃特征气体浓度及环境温度之间的内在耦合机理构建的动态温度场和气 体渗流场进行综合分析， 确定火情位置， 评判煤自燃危险等级。 9.根据权利要求8所述的矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警方法， 其特征在于， 所 述步骤S4中井下采空区内煤自燃特征气体浓度都是实时变化的， 且矿井下的风向、 风力也 是不稳定的， 导致无线传感器采集的数据是实时变化的， 需要在一定间隔时间范围内对所 采集信息进行综合处理， 预估气体浓度的变化趋势， 使煤自燃采空区各项特征气体浓度更 为直观的查看和预估其变化趋势， 再结合图像处理技术建立可视化煤自燃特征气体动态渗 流场云图， 实时显现煤自燃特 征气体的变化情况。 10.根据权利要求8所述的矿井采空区煤自燃可视化动态监测预警方法， 其特征在于， 所述步骤S5中无线传感器网络节点采用事件触发机制， 动态调整传感器节点的信息传输次 数， 延长无线传感器使用时间， 但当动态温度场、 气体渗流场云图中发生变化时， 系统立即 进行区域定位， 并立即唤醒该节点周围邻居传感器， 进行信息的全面采集， 综合分析处理， 做出必要的响应。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114170780 A 3