一、感知層：智能傳感與邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn) “數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化”
1. 多參數(shù)融合感知
核心傳感：采用高精度 MEMS 壓力傳感器（測(cè)量精度 ±0.5% FS），實(shí)時(shí)采集單體柱初撐力、工作阻力（采樣頻率可達(dá) 1Hz，即每秒 1 次，遠(yuǎn)超人工巡檢的每小時(shí) 1 次），捕捉瞬時(shí)壓力波動(dòng)（如沖擊地壓導(dǎo)致的毫秒級(jí)壓力驟升）。
環(huán)境適配傳感：集成溫濕度傳感器（監(jiān)測(cè)井下環(huán)境溫濕度，補(bǔ)償壓力測(cè)量誤差，如溫度每變化 10℃，壓力測(cè)量誤差可修正至 ±0.1%）、三軸姿態(tài)傳感器（監(jiān)測(cè)單體柱傾斜角度，當(dāng)傾斜＞5° 時(shí)自動(dòng)標(biāo)記 “支護(hù)不穩(wěn)”），實(shí)現(xiàn) “壓力 + 環(huán)境 + 姿態(tài)” 多維度數(shù)據(jù)采集。
2. 邊緣計(jì)算賦能
本地?cái)?shù)據(jù)預(yù)處理：內(nèi)置微型 MCU 芯片（如 ARM Cortex-M4），在設(shè)備端完成數(shù)據(jù)濾波（剔除振動(dòng)干擾導(dǎo)致的異常值）、閾值判斷（如壓力＞200kN 時(shí)本地觸發(fā)預(yù)警），減少無(wú)效數(shù)據(jù)上傳，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力。
低功耗管理：通過(guò)邊緣計(jì)算動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣頻率（正常工況 1 分鐘 1 次，壓力波動(dòng)大時(shí)自動(dòng)切換至 1 秒 1 次），結(jié)合休眠喚醒機(jī)制（非采樣時(shí)段進(jìn)入低功耗模式，電流＜10μA），電池續(xù)航達(dá) 6-12 個(gè)月（傳統(tǒng)測(cè)壓儀需每月?lián)Q電池）。
二、網(wǎng)絡(luò)層：無(wú)線自組網(wǎng)與異構(gòu)傳輸，實(shí)現(xiàn) “數(shù)據(jù)傳輸無(wú)感化”
1. 井下適配的無(wú)線傳輸技術(shù)
LoRa/LoRaWAN：作為核心傳輸方式，其穿透能力強(qiáng)（可穿透 3-5 道煤墻）、傳輸距離遠(yuǎn)（井下單跳可達(dá) 500-800 米）、功耗低（比 4G 低 80%），適合大規(guī)模部署（單網(wǎng)關(guān)可接入 500-1000 臺(tái)測(cè)壓儀）。例如，某礦回采工作面部署 200 臺(tái)智能測(cè)壓儀，通過(guò) 3 個(gè) LoRa 網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)全工作面數(shù)據(jù)覆蓋。
異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)盲：在信號(hào)盲區(qū)（如斷層帶、深凹工作面），采用 ZigBee 自組網(wǎng)（設(shè)備間相互中繼）或藍(lán)牙 Mesh（短距離多跳），數(shù)據(jù)不丟失；地面或井下變電所附近，可切換至 4G/5G（當(dāng)有信號(hào)覆蓋時(shí)），實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)回傳。
2. 防爆與抗干擾設(shè)計(jì)
傳輸模塊采用本安型設(shè)計(jì)（Ex ib I Mb），符合煤礦防爆標(biāo)準(zhǔn)，避免電火花引發(fā)瓦斯風(fēng)險(xiǎn)；
采用跳頻通信技術(shù)（如 LoRa 的 FHSS），抵御井下電機(jī)、變頻器產(chǎn)生的電磁干擾，數(shù)據(jù)傳輸誤碼率＜0.1%。
三、應(yīng)用層：云平臺(tái)與智能決策，實(shí)現(xiàn) “數(shù)據(jù)價(jià)值化”
1. 實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能預(yù)警
可視化平臺(tái)：通過(guò) Web 端 / APP 端實(shí)時(shí)顯示各單體柱的壓力值、位置分布（GIS 地圖標(biāo)注）、狀態(tài)（正常 / 預(yù)警 / 報(bào)警），支持單柱歷史曲線查詢（如近 24 小時(shí)壓力變化）。例如，調(diào)度中心可通過(guò)平臺(tái)一眼掌握回采工作面 200 根單體柱的實(shí)時(shí)受力，無(wú)需人工匯總。
多級(jí)預(yù)警機(jī)制：基于 AI 算法設(shè)定動(dòng)態(tài)閾值（而非固定值），如根據(jù)采動(dòng)進(jìn)度、地質(zhì)條件自動(dòng)調(diào)整預(yù)警值（斷層帶預(yù)警值降低 20%），當(dāng)壓力超限時(shí)，通過(guò)平臺(tái)彈窗、短信、井下聲光報(bào)警器同步報(bào)警，響應(yīng)時(shí)間＜10 秒。
2. 大數(shù)據(jù)分析與支護(hù)優(yōu)化
壓力趨勢(shì)預(yù)測(cè)：通過(guò) LSTM 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析歷史數(shù)據(jù)（如近 3 個(gè)月周期來(lái)壓規(guī)律），預(yù)測(cè)未來(lái) 7 天的壓力變化趨勢(shì)（誤差＜5%），提前提示 “某區(qū)域可能在 3 天后迎來(lái)周期來(lái)壓，需加強(qiáng)支護(hù)”。
支護(hù)參數(shù)優(yōu)化：對(duì)比不同區(qū)域單體柱壓力數(shù)據(jù)（如 A 工作面初撐力 120kN 時(shí)頂板下沉量 30mm，B 工作面 100kN 時(shí)下沉 50mm），自動(dòng)生成優(yōu)初撐力建議（如 B 區(qū)域調(diào)整為 120kN），并推送至掘進(jìn)隊(duì)。
3. 系統(tǒng)集成與協(xié)同管理
與礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)（如 KJ945）、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)集成，當(dāng)單體柱壓力持續(xù)超限時(shí)，自動(dòng)關(guān)聯(lián)該區(qū)域的生產(chǎn)狀態(tài)（如是否正在割煤），推送 “暫停作業(yè)、檢查支護(hù)” 的調(diào)度指令；
與單體柱補(bǔ)液系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到某區(qū)域單體柱壓力低于初撐力閾值（如＜90kN），自動(dòng)觸發(fā)遠(yuǎn)程補(bǔ)液信號(hào)，控制液壓系統(tǒng)補(bǔ)壓，實(shí)現(xiàn) “監(jiān)測(cè) - 控制” 閉環(huán)。
四、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來(lái)的核心價(jià)值
降低人工成本：替代傳統(tǒng) “每班 2 人巡檢讀數(shù)” 模式，全礦每年可減少人工投入 3000 + 工時(shí)；
提升預(yù)警效率：將壓力異常發(fā)現(xiàn)時(shí)間從 “小時(shí)級(jí)” 縮短至 “秒級(jí)”，某礦應(yīng)用后頂板隱患處置效率提升 80%；
優(yōu)化支護(hù)方案：通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的參數(shù)調(diào)整，回采工作面頂板下沉量平均減少 25mm，單體柱損壞率降低 30%；
追溯與合規(guī)：自動(dòng)存儲(chǔ) 3 年以上數(shù)據(jù)，滿足煤礦安全檢查對(duì) “支護(hù)監(jiān)測(cè)記錄” 的要求，避免人工記錄漏填、錯(cuò)填。
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