基于边缘计算的采煤工作面甲烷监测模式研究

针对工作面现有甲烷监测点不足,无法满足智慧矿山建设中工作面甲烷感知、分析和预警需求的问题,结合边缘计算技术、矿山物联网环境感知技术和数据传输等相关技术,分析了甲烷微功耗感知、自组网传输、监测终端供电和传感位置服务问题。提出了集微功耗甲烷感知、自供电、自定位及自组网数据传输于一体的甲烷监测终端,配合工作面区域边缘网关、矿端边缘服务器和云端大数据分析,建立了基于云、边、端三级的甲烷边缘监测模式的系统架构,解决了工作面区域基于边缘计算的甲烷感知和传输问题。以100台液压支架、2台端头支架工作面为例,在笛卡尔二维坐标系下设计了该工作面基于边缘计算的甲烷监测方案,实现了甲烷浓度二维空间范围的大数据量监测,提出了工作面区域全覆盖的甲烷含量数字场实现方法和云图直观展示方式。在甲烷含量空间场和云图展示的基础上,提出了2种基于大数据支撑的甲烷含量分析预警模式和思路,一是对甲烷超限含量前后区域空间场进行关联分析,提取工作面甲烷含量超限对应空间场的分布特征和变化规律,利用区域含量场及早发现甲烷含量超限问题,另一种是利用大数据分析工具解决甲烷监测报警阈值以下的显现异常问题。

基于物联终端的工作面甲烷数字场实现方法研究

从系统监测和人工检测2个方面对现有综采工作面甲烷监测现状进行了分析,针对工作面现有甲烷传感器体积、功耗大,移动、维护困难和设备成本高等问题,在物联网技术和边缘计算理念的基础上,提出了利用微功耗甲烷数据采集、微功耗传感终端定位、无线数据传输和终端自供电4种关键技术和开发微功耗甲烷感知终端的思路,并提出了4种关键技术的具体技术指标和性能要求。针对监控系统工作面区域甲烷监测点少,人工检测甲烷数据实时性、可读性和共享性不足的问题,以工作面区域落煤甲烷涌出、煤壁甲烷涌出和采空区甲烷涌出三大主要涌出特征为基础,结合现场生产班和检修班的实测甲烷数据分布特征,提出了综采工作面区域按照26台物联甲烷感知终端布置方案。在26个甲烷实时监测数据点基础上,为更直观、清楚地展示工作面区域甲烷分布状态,对有限的甲烷监测数据进行插值,拟形成工作面区域甲烷浓度数字场。在笛卡尔二维坐标系下分别优选了工作面区域X和Y方向的数字场实现方法并进行了验证,结果表明该方法大幅提高了工作面区域甲烷监测数据的可读性和实时性,为进一步做区域甲烷分析预警提供了实时性高、覆盖面广、可读性强的工作面甲烷浓度表达方式。