一种煤矿充填管道压力在线监测系统及方法与流程

本发明涉及一种煤矿充填管道压力在线监测系统及方法，属于煤矿充填开采的监测。

背景技术：

1、充填管道主要功能是将合格浆料输送至煤矿井下采场，确保管路输送安全可靠，在管路沿线还必须对管路压力的在线监测、管阀操作远程控制，充填管道在输送过程中经常会出现管道浆料的堵塞、泄露，导致管道压力突然增高或突然降低的现象发生，由于充填管道长距离输送和自身设计制造等原因，存在一些无法避免的缺陷，充填管道内的压力突变，会影响正常生产，有的还不易被发现；造成能源的浪费和环境的污染，从而造成一些不必要的经济损失。

2、如授权公告号为cn102705011b的中国专利公开了一种煤矿巷道顶层压力检测系统，包括：检测装置、控制分析装置、第一无线发射装置、手持无线控制器，控制分析装置把检测装置监测到的数据装换成标准的数字信号，并把标准的数字信号传递到第一无线发射装置，第一无线发射装置将标准的数字信号通过无线方式，发送出去；控制分析装置由中心数据处理单元进行查询，将每个测力单元的数据通过无线传输到中心数据处理单元；各个检测装置之间以及智能单元与井下中心数据处理单元之间通过无线接成系统，每255个智能单元合用一个中心数据处理单元；该发明顶板锚固质量监控系统全程实时在线监控，实现锚杆支护巷道由掘进到回采全过程的顶板定量受力监控。

3、如授权公告号为cn104500140b的中国专利公开了一种煤矿瓦斯灾害多参量多测点监测装置，包括：瓦斯压力监测装置、钻孔应力监测装置、瓦斯浓度监测装置、若干监测子站、一监测分站和一地面终端。瓦斯压力监测装置设置在巷道其中一帮的第一钻孔内，钻孔应力监测装置设置在巷道另外一帮的第二钻孔内，瓦斯浓度监测装置悬挂设置在巷道顶板上；瓦斯压力监测装置实时监测瓦斯压力信号，并发送到第一监测子站；钻孔应力监测装置实时监测钻孔应力信号，并发送到第二监测子站；瓦斯浓度监测装置实时监测作业空间的瓦斯浓度信号，并发送到第三监测子站；第一、第二、第三监测子站分别通过无线通讯技术将监测信号发送到监测分站，监测分站通过光纤将所有监测信号发送到地面终端。该发明可以广泛应用于煤矿的煤与瓦斯突出和冲击矿压的预测预报。

4、以上专利均存在本背景技术提出的问题：传统的充填管道监测节点过多，需要人工逐个控制相应的压力监测阀开启和关闭，不但耗费了大量的人力与物力，对于充填管道内压力的采集时效性过低；基于煤矿井下环境的复杂性，传统监测手段容易受到多方因素的影响，如湿度、粉尘、温度，造成压力传感器输出值可靠性不高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足指出，提供一种煤矿充填管道压力在线监测系统及方法，实现了对管道内压力值的准确地在线监测，从而能及时进行远程操作调整或处理，把损失减小到可接受范围。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种煤矿充填管道压力在线监测系统，包括充填管道、压力监测阀、防堵管卸料阀、高压供液系统、压力传感器、井下监测主站、矿用本安型光端机、光纤、局域网和井上集中控制台，所述充填管道与高压供液系统相连接，所述压力监测阀布置在充填管道的每一个节点处，所述压力传感器与布置在充填管道上每一节点的压力监测阀相连接，所述井下监测主站与每一压力传感器以并联方式相连接，所述矿用本安型光端机与井下监测主站相连接，所述光纤在局域网下连接矿用本安型光端机和井上集中控制台。

3、进一步地，所述压力监测阀布置在节点上，充填管道上的节点数量为多个，每米一个；所述防堵管卸料阀每米布置一个；所述充填管道与高压供液系统相接。

4、进一步地，所述压力传感器精度等级.，压力检测范围-mpa，输出-ma电流信号，其用于监测充填管道内的压力，并将压力电流信号转换为数字信号，传输给井下监测主站。

5、进一步地，所述井下监测主站与每一压力传感器以并联方式相连接，使每个压力传感器检测到的压力值都能传输给井下监测主站，并联设置下，在该节点发生故障后，井上集中控制台亦可通过相连两节点的传输数据进项判定，双重设置。

6、一种煤矿充填管道压力在线监测方法，其特征在于：包括：

7、步骤s1，对压力传感器通信功耗进行优化；

8、步骤s2，通过井下监测主站对压力传感器输出值进行补偿；

9、步骤s3，对压力传感器剩余电量进行预警；

10、步骤s4，基于压力监测阀数值自动开启卸料降压；

11、步骤s5，对煤矿充填管道压力进行在线监测与预警。

12、进一步地，所述步骤s1中，所述对压力传感器通信功耗进行优化包括：当节点由于故障无法完成正常通信后，即将该节点的工作模式由网络模式转换到单机模式；当压力传感器没有采集任务和收到其他压力传感器传来的数据时，会启动设计的等待模式并控制无线模块进入待机模式；当准确的接收到发送过来的数据的时候，就会及时下发工作指令，并且运行接收功能；数据传输完成并获得正常响应后，压力传感器进入低功耗等待模式，无线模块进入待机模式；采用中断的方式调用子程序，控制器只有在采集到数据时才会调用程序进行转换，不需要转换数据时就直接进入待机模式。

13、进一步地，所述步骤s2具体包括以下步骤：

14、步骤s2.1，将压力传感器数据传输给井下监测主站，生成神经网络训练集和测试集，所述神经网络包括：输入层包含4个神经元，分别表示压力传感器的输出压力、煤矿充填管道温度、煤矿充填管道湿度和煤矿充填管道电磁辐射，隐藏层设置为单层5个神经元，输出层为1个神经元，表示补偿后压力传感器输出值；

15、步骤s2.2，随机生成神经网络初始权值和阈值，将其编码后分为不同种群；

16、步骤s2.3，在种群内进行局部趋同，在种群间进行全局异化，在全局范围内搜索获取最优个体；

17、步骤s2.4，获取最优个体初始权值和阈值并计算均方误差；

18、步骤s2.5，通过调整权值和阈值得出补偿后压力传感器输出值；

19、步骤s2.6，将补偿后压力传感器输出值传输给压力监测阀作为压力监测阀数值。

20、进一步地，所述步骤s3具体包括以下步骤：

21、步骤s3.1，计算压力传感器剩余电量，计算公式为：

22、，

23、其中，表示压力传感器剩余电量，表示每日压力传感器采集次数，表示每日工作人员查看次数，表示每次采集周期内采集数据的耗费电量，表示每次采集周期内接收数据的耗费电量，表示每次采集周期内发送数据的耗费电量，表示每次采集周期内睡眠状态的耗费电量，表示每次采集周期内显示数据的耗费电量，表示压力传感器总电量，表示压力传感器使用天数，表示压力传感器电池转换效率；

24、步骤s3.2，当剩余电量不足压力传感器总电量的10%时，发出预警给井上集中控制台，提醒更换电池。

25、进一步地，所述步骤s4包括：井上集中控制台将获取到的压力监测阀数值与系统设定标准压力值进行比对，当压力监测阀数值大于系统设定标准压力值时做出反馈，对高压供液系统进行降压调整，所述防堵管卸料阀自动开启卸料降压。

26、进一步地，所述步骤s5包括：井上集中控制台将获取到的压力监测阀数值与系统设定标准压力值进行比对，当压力监测阀数值小于系统设定标准压力值时做出反馈，对该节点处的相连两节点压力监测阀关闭处理，并进行报警提示；所述井上集中控制台用于将获取到的压力监测阀数值储存，生成压力监测曲线。

27、相比现有技术，本发明的有益效果是：

28、1、本发明通过井下监测主站与每一压力传感器以并联方式相连接，减小其他偶然因素的影响，传感器的精度等级0.1，并且基于神经网络对压力传感器输出值进行补偿，使得监测结果更加可靠；

29、2、本发明通过在线实时获取到的压力监测阀数值在井上集中控制台系统中进行判定，对高压供液系统及时调整，对充填管道进行控制；

30、3、本发明通过防堵管卸料阀，在堵管时，关闭压力阀监测阀后，开启进行自动卸料降压，保障管路安全；

31、4、本发明通过对压力传感器通信功耗进行优化，使得压力传感器使用时间更久，同时基于剩余电量对压力传感器电量进行预警，保障压力传感器的可用电量。