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专利号: 2023113009770
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:包括数据监测模块、数据采集模块、预测分析模块、预警通知模块和维护管理模块;

所述数据监测模块用于在现场合适地段部署传感器,并实时监测矿山的地上下水数据和地下岩石数据;

所述数据采集模块用于收集与整理来自于传感器中的数据信息,并对其进行数据处理和数据转换,转换为数字信号,集中传输至数据集;

所述预测分析模块用于对矿山的地上下水数据和地下岩石数据进行深度挖掘,分析获得:岩石渗透因子 、浮动因子 、水位变化系数 和岩石稳定系数 ,并输入至数据集中,预测获取风险评估指数 ,所述风险评估指数 通过以下公式获得:;

式中, 表示为历史灾害次数, 表示为水位变化系数 的权重值, 表示为岩石稳定系数 ,其中 , ,且 ,表示为修正系数;

将孔径 与温度差 相关联,获得岩石渗透因子 ;将原水位 与现水位相关联,获得浮动因子 ;将岩石渗透因子 与浮动因子 相关联,获得水位变化系数 ;将荷载 与裂缝深度 相关联,获得岩石稳定系数 ;将岩石稳定系数与水位变化系数 相关联,获得风险评估指数 ;

所述预警通知模块用于通过抽取历史时间轴内的每周、每月或者每年的矿山的地上下水数据和地下岩石数据以及历史灾害频率数据,以获取历史数据并计算平均值,获得平均阈值Q,并将预测获取来的风险评估指数 与平均阈值Q进行对比分析,获取灾害预警策略;

所述维护管理模块用于对上述获取的灾害预警策略做出相对于的调整和管理工作。

2.根据权利要求1所述的一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:所述数据监测模块包括传感器单元和图像记录单元;

所述传感器单元用于在矿山地表和地下合适的位置安装光纤传感器、温度传感器、湿度传感器、应变计传感器和裂缝检测仪来监测矿山的地下岩石数据,所述地下岩石数据包括岩石表面或内部应变、温度、湿度以及裂缝是否扩展或变形;

所述图像记录单元用于在矿山地表和地下合适的位置安装摄像头、水井深度测量仪、激光测距仪、水位计、雨量计和雨滴计数器进行现场监测矿山的地上下水数据,所述地上下水数据包括地表和地下水位、岩石大小、降雨体量、矿山附近的水井深度以及降雨时的速度。

3.根据权利要求2所述的一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:所述数据采集模块包括预处理单元和数据整合单元;

所述预处理单元用于检查和识别地上下水数据和地下岩石数据的丢失情况,并填补缺失值;

所述数据整合单元用于将经过预处理单元的多个数据源中的数据进行整合,以便于后续的分析、报告和决策制定;并将模拟信号转换成数字形式信号,以统一数据格式。

4.根据权利要求3所述的一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:依据采集来的地下岩石数据,获得岩石渗透因子 ,所述岩石渗透因子 通过以下公式获得:;

式中, 表示为孔径大小, 表示为湿度, 表示为温度差, 表示为降雨速度,其中, 和 分别表示为孔径大小 、湿度 、温度差 和降雨速度 的权重值,其中, , , , ,

,表示为修正常数;

所述浮动因子 通过以下公式获得:

式中, 表示为地下现水位, 表示为地下原水位, 表示为时间间隔。

5.根据权利要求4所述的一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:将岩石渗透因子 与浮动因子 相关联,获得水位变化系数 ,所述水位变化系数 通过以下公式获得:;

式中, 表示为降雨量, 表示为水井深度, 和 分别表示为岩石渗透因子 、浮动因子 、降雨量 和水井深度 的权重值,其中, ,, , ,且 , 表示为修正系

数。

6.根据权利要求5所述的一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:将荷载与裂缝深度 相关联,获得岩石稳定系数 ,所述岩石稳定系数 通过以下公式获取:;

式中, 表示为岩石强度,表示为荷载 的权重值, 表示为岩石强度 的权重值,其中, , ,且 ,表示为修正系数。

7.根据权利要求6所述的一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:将浮动因子 与预设浮动阈值K进行对比分析,获得对比结果:若浮动因子 高于预设浮动阈值K时,即 >K时,表示为地下水位的变化幅度变大并超出了预设指数,意味着地下水位处于异常状态;

若浮动因子 低于预设浮动阈值K时,即

8.根据权利要求7所述的一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:通过获取的历史数据并将其利用统计法计算获取平均值,生成平均阈值Q,并将预测获取来的风险评估指数 与平均阈值Q进行对比分析,获取灾害预警策略:当风险评估指数 高于平均阈值Q时,即 >Q时,表示为当前的矿山处于高危险地带,意味着地下水位逐渐上升,随时出现涌水现象,此时矿山内外均发送紧急红色预警;

当风险评估指数 等于平均阈值Q时,即 =Q时,表示为当前矿山没有明显的异常现象,此时矿山内外均发送橙色预警,此时矿山内的管理人员将继续监测风险情况;

当风险评估指数 低于平均阈值Q时,即

9.根据权利要求8所述的一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:维护管理模块包括反馈单元和报告总结单元;

所述反馈单元用于系统在发出相应的预警通知之后,再次通过弹窗形式提示矿山后台观察人员,最终的执行结果是否正常或有无异常情况;

所述报告总结单元用于在定期的去矿山进行现场监测之后,通过定期生成事件的驱动报告,以向矿山的管理层和监管机构提供详细信息,报告包括关键指标、问题报告和趋势分析。

10.一种现场监测的矿山灾害预测预警方法,包括上述权利要求1至9中任一所述的一种现场监测的矿山灾害预测预警系统,其特征在于:包括以下步骤,步骤一、通过数据监测模块将通过在矿山上的合适地段安装传感器,监测获取地上下水数据和地下岩石数据;

步骤二、通过数据采集模块将监测来的数据进行数据预处理和转换,提高后续数据提取的准确度,并将其传输到数据集中;

步骤三、通过预测分析模块将数据集中的数据进行特征提取,从中计算分析获取:岩石渗透因子 、浮动因子 、水位变化系数 和岩石稳定系数 ,预测出风险评估指数 ;

步骤四、通过预警通知模块将从历史数据中获得来的平均阈值Q与上述风险评估指数进行对比,获得灾害预警策略;

步骤五、通过维护管理模块用于在预警通知后做出后续的反馈工作,并对往常获得的数据结果进行总结,定期制定报告。