煤矿瓦斯抽采智能管网泄漏检测控制方法与流程

本发明涉及一种煤矿技术领域，特别是涉及一种煤矿瓦斯抽采智能管网泄漏检测控制方法。

背景技术：

瓦斯是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源。瓦斯是煤炭开采过程的最主要安全隐患之一，煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等瓦斯事故死亡人数长期占煤矿事故总死亡人数的一半以上。同时瓦斯的热值与天然气相当，是通用煤的2～5倍，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。瓦斯直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。因此，对煤层赋存的瓦斯进行开发和利用，具有保障生产安全、能源供给和环保的多重意义。

瓦斯抽采是防治瓦斯事故、开发瓦斯资源的最主要手段。瓦斯抽采管网是连接瓦斯抽采泵和煤层瓦斯抽采钻孔的管网，将钻孔抽采的瓦斯输送至地面。由于瓦斯抽采管网服务时间长、所处环境恶劣，部分管路会破损发生泄漏，影响瓦斯抽采管网的安全运行。瓦斯抽采管网总长度可达十几千米甚至几十千米，依赖人工巡检的方式检测管网泄漏不仅效率和准确性低，而且不符合建设智能化煤矿的发展趋势，当前亟需一种煤矿瓦斯抽采智能管网泄漏检测控制方法，实现煤矿瓦斯抽采管网泄漏管路的自动巡检、准确定位与结果上报。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种煤矿瓦斯抽采智能管网泄漏检测控制方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种煤矿瓦斯抽采智能管网泄漏检测控制方法，包括以下步骤：

s1，管网监测装置接收远程中心的工作指令；

s2，控制器控制行走装置在管网线路上移动，对发现管网泄漏进行预警。对其管网管道泄漏进行移动式监测，对其管网泄漏点进行预警。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤s1中包括：管网监测装置接收到远程控制中心的工作指令后，该工作指令包括对管网线路上的管道进行巡检；控制器控制摄像头工作，拍摄管道沿途的图像数据。采集管道沿途的图像数据，便于实时了解。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤s2中包括：

控制器判断气体监测模块采集的气体采集值与预设气体阈值间的大小：

若气体监测模块采集的气体采集值小于或者等于预设气体第一阈值，所述预设气体阈值包括预设气体第一阈值和预设气体第二阈值，预设气体第一阈值小于预设气体第二阈值，则控制器控制行走装置继续向前移动，探测下一泄漏点；

若气体监测模块采集的气体采集值大于预设气体第一阈值，则包括：

控制器判断气体监测模块采集的气体采集值与预设气体第二阈值间的大小：

若气体监测模块采集的气体采集值小于或者等于预设气体第二阈值，则控制器控制gps模块工作，定位其管网监测装置所处位置；并将采集的当前管网监测装置所处位置和管网监测装置采集的气体采集值发送至远程控制中心，对其预警；控制器控制行走装置继续向前移动，探测下一泄漏点；

若气体监测模块采集的气体采集值大于预设气体第二阈值，则控制器控制gps模块工作，定位其管网监测装置所处位置；并将采集的当前管网监测装置所处位置和管网监测装置采集的气体采集值发送至远程控制中心，对其警报；控制器控制摄像头录制视频将其发送至远程控制中心。

在本发明的一种优选实施方式中，对管网监测装置发送至远程控制中心的数据包括以下步骤：

s31，获取待发送至远程控制中心的数据，该待发送至远程控制中心的数据包括摄像头拍摄的管道沿途的图像数据、管网监测装置采集的气体采集值、管网监测装置当前所处位置之一或者任意组合；

s32，对待发送至远程控制中心的数据进行压缩后进行数据完整认证处理，得到数据完整认证值；该数据完整认证值的计算方法为：

φ(θ)＝h(c(θ))，

其中，θ表示待发送至远程控制中心的数据，c()表示采用zip、rar、7z之一格式的压缩方式，h()表示数据完整认证处理采用sha-1的哈希算法，φ(θ)表示计算得到的数据完整认证值；

s33，将其得到的数据完整认证值发送至远程控制中心，远程控制中心接收到管网监测装置发送的数据完整认证值后，远程控制中心向管网监测装置获取步骤s32中的压缩数据；该压缩数据为对待发送至远程控制中心的数据进行压缩后得到的数据；

s34，远程控制中心对获取的压缩数据进行控制中心数据完整认证处理，得到控制中心认证值，该控制中心认证值的计算方法为：

φ(θ′)＝h(c(θ′))，

其中，θ′表示远程控制中心向管网监测装置获取的压缩数据，c()表示采用zip、rar、7z之一格式的压缩方式，h()表示压缩数据采用sha-1的哈希算法，φ(θ′)表示得到的控制中心认证值；

s35，若φ(θ′)≠φ(θ)，则远程控制中心将其获得的压缩数据丢弃，并向管网监测装置获取步骤s32中的压缩数据，执行步骤s34；

若φ(θ′)＝φ(θ)，则远程控制中心将其获得的压缩数据进行解压后保存。利用数据压缩实现减小数据量的传输，并通过数据认证防止数据丢失，增强安全。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括与远程控制中心相连的移动终端，通过移动终端查询各个泄漏点的管网监测装置采集的气体采集值。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明能够在对整个煤矿井下抽采管网运行状态进行实时监控，当抽采管道泄漏时，能够自动确定抽采管路发生异常的管段，防止安全事故发生。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明流程示意框图。

图2是本发明连接示意框图。

图3是本发明气体监测模块电路连接示意图。

图4是本发明无线收发模块电路连接示意图。

图5是本发明控制器连接示意图。

图6是本发明声光报警模块电路连接示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种煤矿瓦斯抽采智能管网泄漏检测控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

s1，管网监测装置接收远程控制中心的工作指令；

s2，控制器控制行走装置在管网线路上移动，对发现管网泄漏进行预警。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤s1中包括：管网监测装置接收到远程控制中心的工作指令后，该工作指令包括对管网线路上的管道进行巡检；控制器控制摄像头工作，拍摄管道沿途的图像数据。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤s2中包括：

控制器判断气体监测模块采集的气体采集值与预设气体阈值间的大小：

若气体监测模块采集的气体采集值小于或者等于预设气体第一阈值，所述预设气体阈值包括预设气体第一阈值和预设气体第二阈值，预设气体第一阈值小于预设气体第二阈值，则控制器控制行走装置继续向前移动，探测下一泄漏点；

若气体监测模块采集的气体采集值大于预设气体第一阈值，则包括：

控制器判断气体监测模块采集的气体采集值与预设气体第二阈值间的大小：

若气体监测模块采集的气体采集值小于或者等于预设气体第二阈值，则控制器控制gps模块工作，定位其管网监测装置所处位置；并将采集的当前管网监测装置所处位置和管网监测装置采集的气体采集值发送至远程控制中心，对其预警；控制器控制行走装置继续向前移动，探测下一泄漏点；

若气体监测模块采集的气体采集值大于预设气体第二阈值，则控制器控制gps模块工作，定位其管网监测装置所处位置；并将采集的当前管网监测装置所处位置和管网监测装置采集的气体采集值发送至远程控制中心，对其警报；控制器控制摄像头录制视频将其发送至远程控制中心。

在本发明的一种优选实施方式中，对管网监测装置发送至远程控制中心的数据包括以下步骤：

s31，获取待发送至远程控制中心的数据，该待发送至远程控制中心的数据包括摄像头拍摄的管道沿途的图像数据、管网监测装置采集的气体采集值、管网监测装置当前所处位置之一或者任意组合；

s32，对待发送至远程控制中心的数据进行压缩后进行数据完整认证处理，得到数据完整认证值；该数据完整认证值的计算方法为：

φ(θ)＝h(c(θ))，

其中，θ表示待发送至远程控制中心的数据，c()表示采用zip、rar、7z之一格式的压缩方式，h()表示数据完整认证处理采用sha-1的哈希算法，φ(θ)表示计算得到的数据完整认证值；

s33，将其得到的数据完整认证值发送至远程控制中心，远程控制中心接收到管网监测装置发送的数据完整认证值后，远程控制中心向管网监测装置获取步骤s32中的压缩数据；该压缩数据为对待发送至远程控制中心的数据进行压缩后得到的数据；

s34，远程控制中心对获取的压缩数据进行控制中心数据完整认证处理，得到控制中心认证值，该控制中心认证值的计算方法为：

φ(θ′)＝h(c(θ′))，

其中，θ′表示远程控制中心向管网监测装置获取的压缩数据，c()表示采用zip、rar、7z之一格式的压缩方式，h()表示压缩数据采用sha-1的哈希算法，φ(θ′)表示得到的控制中心认证值；

s35，若φ(θ′)≠φ(θ)，则远程控制中心将其获得的压缩数据丢弃，并向管网监测装置获取步骤s32中的压缩数据，执行步骤s34；

若φ(θ′)＝φ(θ)，则远程控制中心将其获得的压缩数据进行解压后保存。

本发明还提供了一种煤矿瓦斯抽采智能管网泄漏检测控制系统，包括管网监测装置，所述管网检测装置包括底盘及安设在所述底盘底面的行走装置，还包括安设在所述底盘顶面的监测装置，所述监测装置包括壳体及在所述壳体内设置有用于固定安装pcb板的pcb板固定安装座，pcb板固定安装在pcb板固定安装座上，如图2所示，在pcb板上设置有控制器、气体监测模块和无线收发模块；控制器的气体检测信号输入端与气体监测模块的气体检测信号输出端相连，控制器的无线收发数据端与无线收发模块的无线收发数据端相连，控制器的行走装置控制数据端与行走装置的控制数据端相连；以及远程控制中心，远程控制中心接收管网监测装置发送的监测数据。实现对管网管道泄漏进行移动式监测，防止事故发生。

在本发明的一种优选实施方式中，无线收发模块包括3g模块、4g模块、5g模块、nb-iot模块之一或者任意组合；

3g模块的无线3g收发数据端与控制器的无线3g收发数据端相连，4g模块的无线4g收发数据端与控制器的无线4g收发数据端相连，5g模块的无线5g收发数据端与控制器的无线5g收发数据端相连，nb-iot模块的无线nb-iot收发数据端与控制器的无线nb-iot收发数据端相连。通过不同的无线收发模块实现数据的传输。优选采用5g模块传输数据，提高效率。

在本发明的一种优选实施方式中，气体监测模块包括气体监测传感器、气体信号处理电路和供电电路，所述气体监测传感器的信号输出端与气体信号处理电路的信号输入端相连，气体信号处理电路的信号输出端与控制器的气体检测信号输入端相连，所述供电电路分别与气体监测传感器的电源端和气体信号处理电路的电源端相连，为气体监测传感器和气体信号处理电路供电。

在本发明的一种优选实施方式中，气体信号处理电路包括：如图3所示，气体监测传感器的电源正端与供电电路的第二电源电压输出端相连，气体监测传感器的电源负端与电源地相连，电阻r11的第一端与气体监测传感器的信号第一输出端相连，电阻r11的第二端分别与电阻r12的第一端和放大器u4的反相输入端相连，电阻r9的第一端与气体监测传感器的信号第二输出端相连，电阻r9的第二端分别与电阻r10的第一端和放大器u4的正相输入端相连，电阻r10的第二端与电源地相连，电阻r12的第二端分别与电阻r13的第一端、电阻r14的第一端和放大器u4的输出端相连，电阻r14的第二端分别与电容c3的第一端和放大器u5的正相输入端相连，电容c3的第二端和电阻r13的第二端分别与电源地相连，放大器u5的反相输入端与电阻r15的第一端相连，电阻r15的第二端分别与电阻r16的第一端、二极管d1的正极、二极管d2的负极和放大器u5的输出端相连，极管d2的正极与电源地相连，极管d1的负极与供电电路的第一电源电压输出端相连，电阻r16的第二端与控制器的气体检测信号输入端相连；其电阻r9～电阻r12和放大器u4组成放大电路，将气体监测传感器输出的电信号放大便于采集，其电阻r13～电阻r16以及电容c3、二极管d1、二极管d2和放大器u5组成电压跟随电路，利于控制器采集。在本实施方式中，气体监测传感器的型号采用mc112d，电阻r11的阻值为4k，电阻r9的阻值为5.1k，电阻r10的阻值为2.2k，电阻r12的阻值为30k，电阻r13的阻值为15k，电阻r14的阻值为25k，电容c3采用102电容，电阻r15的阻值为12k，电阻r16的阻值为25ω，放大器u4和放大器u5采用lm324放大器。

或/和供电电路包括：+12v电源电压分别与电容c1的第一端和降压芯片u1的电源电压输入端vin相连，降压芯片u1的电源电压调节端adj分别与电阻r1的第一端和可调电阻r2的第一端相连，电容c1的第二端和电阻r1的第二端分别与电源指示灯led1的负极、电容c2的第一端和电源地相连，降压芯片u1的电源电压输出端vout分别与可调电阻r2的第二端、电阻r3的第一端和熔断器f1的第一端相连，电阻r3的第二端与电源指示灯led1的正极相连，熔断器f1的第二端和电容c2的第二端分别与三极管q1的发射极相连，熔断器f1的第二端为供电电路的第一电源电压输出端，输出+5v电源电压；三极管q1的集电极与电阻r4的第一端相连，三极管q1的集电极为供电电路的第二电源电压输出端，输出+3.0v电源电压，电阻r4的第二端分别与电阻r5的第一端和放大器u3的反相输入端相连，电阻r5的第二端与电源地相连，放大器u3的正相输入端分别与电阻r6的第一端和基准电压器u2的第一端相连，基准电压器u2的第二端与电源地相连，电阻r6的第二端与+5v电源电压相连，三极管q1的基极与三极管q2的集电极相连，三极管q2的发射极与电阻r8的第一端相连，电阻r8的第二端与电源地相连，三极管q2的基极与电阻r7的第一端相连，电阻r7的第二端与放大器u3的输出端相连。供电电路将输入的+12v电源电压转换为稳定的+5v电源电压输出端为各个放大器供电，并将输出的+5v电源电压转换为稳定的+3.0v电源电压为气体监测传感器供电。在本实施方式中，降压芯片u1采用lm1117型号的降压器，电容c1采用104电容，电容c2采用105电容，电阻r1的阻值为1.5k，可调电阻r2的阻值为5.1k，电阻r3的阻值为25ω；基准电压器u2的型号为lm385，电阻r2的阻值为2k，电阻r6的阻值为10k，电阻r4的阻值为2.5k，电阻r7的阻值为1.2k，电阻r8的阻值为120ω，三极管q1采用pnp型三极管，三极管q2采用npn型三极管，其型号可以根据实际情况进行选择。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括在壳体上开设有摄像头孔，摄像头由摄像头孔伸出，摄像头的图像输出端与控制器的图像数据输入端相连；采集现场的状况，便于实时了解。

或/和还包括设置在pcb板上的定位模块，定位模块的定位数据端与控制器的定位数据端相连；对其泄漏位置进行定位，快速找到事发点。在本实施方式中，也可以在底盘侧面设置用于固定安装定位标识卡的定位槽，定位标识卡固定安装在定位槽内。优选采用kge26标识卡。其原理为：定位分站的无线收发数据板将低频的加密数据载波信号经发射天线向外发送；管网检测装置携带的kge26标识卡进入低频的发射天线工作区域后被激活(未进入发射天线工作区域标识卡不工作)，同时将加密的载有目标识别码的信息经卡内高频发射模块发射出去；接收天线接收到kge26标识卡发来的载波信号，经分站主板接收处理后，提取出目标识别码通过dpsk或rs485远距离通讯线送地面监控计算机，完成矿井管网检测装置自动跟踪定位管理。

或/和还包括安设在壳体上与所述壳体形状相适应的触摸显示屏，触摸显示屏的触摸显示端与控制器的触摸显示端相连。通过触摸显示屏便于操作，查询相关数据，例如当前瓦斯采集值。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括与远程控制中心相连的移动终端，通过移动终端查询各个泄漏点的管网监测装置采集的气体采集值。以及在移动终端上显示至泄漏点的行进路线，利于快速赶赴事发点。

在本发明的一种优选实施方式中，如图4和5所示，无线收发模块包括：无线收发芯片u9的电源端vbat1分别与电容c45的第一端、电阻r144的第一端、电容c65的第一端、电容c66的第一端和电压转换芯片u11的电压输出端output相连，电容c45的第二端、电容c65的第二端和电容c66的第二端分别与电源地相连，电阻r144的第二端与电源指示灯led3的正极相连，电源指示灯led3的负极与电源地相连；电压转换芯片u11的电源电压输入端input分别与电容c64的第一端、电容c65的第一端和电压端vdd相连，电容c64的第二端、电容c65的第二端和电压转换芯片u11的接地端分别与电源地相连；无线收发芯片u9的收发信号端rfi_lf分别与电感l10的第一端和电感l11的第一端相连，电感l11的第二端与电源地相连，电感l10的第二端分别与电容c40的第一端和电容c42的第一端相连，电容c42的第二端与电源地相连，电容c40的第二端与电容c41的第一端相连，电容c41的第二端与收发切换器u7的信号端rf1相连；无线收发芯片u9的收发信号端rfo_lf与电感l13的第一端相连，电感l13的第二端分别与电感l17的第一端、电感l18的第一端、电容c51的第一端和电容c55的第一端相连，电容c55的第二端与电源地相连，电容c51的第二端与电感l14的第一端相连，电感l14的第二端分别与电容c50的第一端、电容c52的第一端和电感l15的第一端相连，电容c52的第二端与电源地相连，电容c50的第二端和电感l15的第二端分别与电容c49的第一端、电容c53的第一端和电感l16的第一端相连，电容c53的第二端与电源地相连，电容c49的第二端和电感l16的第二端分别与电容c54的第一端和收发切换器u7的信号端rf2相连，电容c54的第二端与电源地相连；电感l18的第二端分别与电容c57的第一端、电容c58的第一端、电容c59的第一端和无线收发芯片u9的稳压电源端vr_pa，电容c57的第二端、电容c58的第二端和电容c59的第二端分别与电源地相连；收发切换器u7的电源电压端vdd分别与电容c39的第一端和电压端vdd相连，电容c39的第二端与电源地相连，收发切换器u7的信号收发端rfc与电容c46的第一端相连，电容c46的第二端分别与电容c47的第一端和电感l12的第一端相连，电容c47的第二端与电源地相连，电感l12的第二端分别与电容c48的第一端和天线焊盘sma相连，电容c48的第二端与电源地相连，收发切换器u7的控制端ctrl分别与电阻r9的第一端和电容c56的第一端相连，电容c56的第二端与电源地相连，电阻r9的第二端与控制器的收发控制端pb5相连；无线收发芯片u9的电源电压端vbat2分别与电容c60的第一端、电容c61的第一端和电压端vdd_rfs相连，无线收发芯片u9的接地端端gnd分别与电容c60的第二端和电容c61的第二端和电源地相连；无线收发芯片u9的收发信号端rfo_hf和无线收发芯片u9的收发信号端rfi_lf分别与电源地相连；无线收发芯片u9的电源电压端vbat3分别与电容c62的第一端和电压端vdd_rfs相连，电容c62的第二端与电源地相连；无线收发芯片u9的数字电源电压端vr_dig与电容c44的第一端相连，电容c44的第二端与电源地相连；无线收发芯片u9的模拟电源电压端vr_ana与电容c43的第一端相连，电容c43的第二端与电源地相连；无线收发芯片u9的时钟端sck与控制器的时钟端pb13相连，无线收发芯片u9的串行数据输出端miso与控制器的串行数据输入端pb14相连，无线收发芯片u9的串行数据输入端mosi与控制器的串行数据输出端pb15相连，无线收发芯片u9的模式选择输入端nss与控制器的模式选择输出端pb12相连，无线收发芯片u9的收发控制输入端rxtx/rfmod与控制器的收发控制输出端pa7相连，无线收发芯片u9的复位触发输入端nreset与控制器的复位触发输出端pa6相连。在本实施方式中，电阻r155的第一端与电压端vdd_rfs相连，电阻r155的第二端与工作指示灯led4的正极相连，工作指示灯led4的负极与控制器的工作指示输出端pa8/t1c1/mco相连，控制器的晶振端osc_in分别与晶振xtal2的第一端和电容c71的第一端相连，控制器的晶振端osc_out分别与晶振xtal2的第二端和电容c72的第一端相连，电容c71的第二端和电容c72的第二端分别与电源地相连，控制器的重置端nrst分别与电阻r166的第一端、电容c70的第一端和重置开关s2的第一端相连，电容c70的第二端和重置开关s2的第二端分别与电源地相连，电阻r166的第二端与电压端vdd_rfs相连。其中，电容c37、电容c38的容值为12pf，晶振xtal为32mhz晶振，电容c43、电容c44、电容c45、电容c60、电容c61、电容c62、电容c64的容值为100nf，电容c63、电容c65的容值为100uf，电压转换芯片u11的型号为asm1117，电阻r144、电阻r155的阻值为1k，电容c71、电容c72的容值为18pf，电阻r111、电阻r100的阻值为10k，电阻r166的阻值为4.7k，电容c70的容值为0.1uf，控制器采用stm32f系列单片机，具体可以采用stm32f103c8t6，无线收发芯片u9采用nb-iot系列芯片，具体可以采用sx1288，收发切换器u7为单刀双掷射频rf开关，具体可以采用pe4259。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括声光报警模块，如图6所示，声光报警模块包括：三极管q5的集电极分别与报警铃bell1的第一端和二极管d4的正极相连，报警铃bell1的第二端和二极管d4的负极分别与+5v电源电压相连，三极管q5的发射极与电源地相连，三极管q6的集电极与报警灯组led的负极相连，报警灯组led的正极与+5v电源电压相连，三极管q6的发射极与电源地相连，三极管q6的基极与电阻r22的第一端相连，三极管q5的基极与电阻r21的第一端相连，电阻r21的第二端和电阻r22的第二端分别与控制器的声光报警输出端相连。当其气体监测模块采集的气体采集值大于预设气体第二阈值，则控制器分别向三极管q5的基极和三极管q6的基极输入频率为f1的pwm信号；当其气体监测模块采集的气体采集值小于或者等于预设气体第二阈值且大于预设气体第一阈值，则控制器分别向三极管q5的基极和三极管q6的基极输入频率为f2的pwm信号，f2>f1。其中，二极管d4的型号为1n5819，三极管q5和三极管q6的型号为c8050，电阻r21和电阻r22的阻值为1k。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。