CN102155265B - 监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，其包括：没有新风加入的同一巷道中工作面下游的两个瓦斯传感器的测量值之间的相关性符合：风流上游处的瓦斯传感器在第一时间段内的测量值与风流下游处的瓦斯传感器在第二时间段内的测量值之间的相关性指标

大于一设定值；若不满足该条件并达到达一定时间，则发出报警；在两个个瓦斯传感器之间没有新风流入时，两个瓦斯传感器对应的区域瓦斯涌出量主要都是工作面的瓦斯涌出量(巷道中的瓦斯涌出量比例相对较低)，两个传感器的测量值之间必然存在相关性。通过这一技术，不仅可以发现煤矿监控系统使用中不按规定使用的情况，也可以发现煤矿生产系统出现异常的情况。

Description

监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下实时监测的技术领域，具体是一种监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法。

背景技术

煤矿安全监控系统是煤矿中广泛使用的一种监控设备，主要用于监测煤矿井下的各种环境和设备状态，发现瓦斯超限时进行断电控制，发现其他异常时进行报警和断电控制。目前的煤矿安全监控系统对（CH4、CO、风速等）模拟量信号异常的判别方法主要是量值超过或低于一定值（称为超限报警）。这些方法都是基于单个传感器单纯以测量值的大小为判别依据的，对于煤矿监控系统使用中的另外一些异常（使用异常）不能发现。例如：中国专利申请200510017856.0公开了一种矿井瓦斯防治用多系统信息综合显示的一种方法，其中提出的辨识判断单元的其特征是：指标体系包括不同环境条件的瓦斯浓度控制指标、临界值指标、CO浓度指标，氧气浓度指标、温度指标、风速指标等，该方法属于超限报警方法。中国专利申请200710113902.6公开的判别异常的模型也属于常规的超限报警模式。

中国专利申请:200910306338.9公开了一种非超限原理的模拟量传感器报警方法，其可以发现不按规定使用的情况,比如传感器不放置在规定的位置,用异物阻挡探头检测口等。但该文献公开的“非超限原理的监测数据正常表现模型”的类型较少，不能全面反映煤矿的实际情况,且应用时需要根据现场情况建立模型，建模比较复杂,故而其实用性需进一步提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用方便、实用性较强的监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，其包括：在煤矿井下的没有新风加入的同一巷道中工作面下游的两个瓦斯传感器的测量值之间的相关性符合：风流上游处的瓦斯传感器在第一时间段内的一组测量值与风流下游处的瓦斯传感器在第二时间段内的一组测量值之间的相关性指标                                                

大于一设定值；若不满足该条件并达到达一定时间，则判断为煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常并发出报警；其中：所述第一、第二时间段的时间差为风流平移时间t₀，该风流平移时间t₀为两个瓦斯传感器之间的距离与风速的比值。

进一步，所述检测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，还包括：在煤矿井下的没有新风加入的同一巷道中沿风流方向分布有多个瓦斯传感器，正常时应符合:风流上游处的瓦斯传感器某一时间段内测得的最小值≤风流下游处的瓦斯传感器在延时t ₀后同样长度的时间段内测得的最小值，其中t₀为风流平移时间，t₀等于两个瓦斯传感器之间的距离除以风速；若不满足上述条件并达到一定时间，则判断为煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常并发出报警。

进一步，所述检测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，还包括：在煤矿井下的同一巷道中，在工作面下游的多个瓦斯传感器沿风流方向分布，一时间段内各瓦斯传感器的测量值中的最大值与最小值的差值记为极差值D，则正常情况下应符合：邻近工作面（即瓦斯主要涌出点）处的瓦斯传感器测得的第一极差值D1大于远离工作面处的瓦斯传感器在延时t₀后在同样长度的时间段内测得的第二极差值D2；若不满足该条件并达到一定时间，则判断为煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常并报警。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，具体是建立 “非超限原理的监测数据正常表现模型”，即：没有新风流加入的同一巷道中工作面下游多个瓦斯传感器之间测量值之间的相关性应符合：上游传感器测量值和下游传感器测量值之间的相关性指标>某值。由于两个瓦斯传感器测出的瓦斯浓度值和区域瓦斯涌出量及风流风量存在着直接的关联，在两个瓦斯传感器之间没有新风流入时,两个瓦斯传感器对应的区域瓦斯涌出量主要都是工作面的瓦斯涌出量(巷道中的瓦斯涌出量比例相对较低)，两个传感器的测量值之间必然存在相关性。通过这一技术，不仅可以发现煤矿监控系统使用中不按规定使用的情况，也可以发现煤矿生产系统出现异常（比如两个瓦斯传感器之间的巷道中出现异常的瓦斯涌出点）的情况。本发明为煤矿监控系统提供了一种新的检测异常的方法，扩大了系统的功能，也进一步提高了系统的可靠性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为实施本发明的监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法时各瓦斯传感器的分布示意图。

具体实施方式

（实施例1）

在煤矿井下的没有新风加入的同一巷道中工作面下游的两个瓦斯传感器的测量值之间的相关性符合：风流上游处的瓦斯传感器在第一时间段（该时间段的长度为1-8小时之间的任意值）内的一组测量值(每个测量值为1-10分钟内的平均值)与风流下游处的瓦斯传感器在第二时间段内的测量值之间的相关性指标

大于一设定值；若不满足该条件并达到达一定时间，则判断为煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常并发出报警；

其中：所述第一、第二时间段的时间长度相同，第一、第二时间段起始点的时间差为风流平移时间t₀，该风流平移时间t₀为两个瓦斯传感器之间的距离与风速的比值。如图1，在工作面、回风巷两个位置设置第一瓦斯传感器T1、第二瓦斯传感器T2，工作面为煤矿瓦斯的主要涌出点。

所述相关性指标

根据概率论中计算两组随机变量相关系数的公式计算： 

其中:X、Y分别为两个瓦斯传感器测量的二组测量值, 其中：E（X）表示变量X的数学期望，E（Y）表示变量Y的数学期望；当0<|r|<1时，表示两变量存在一定程度的线性相关，且|r|越接近1，表示变量X、Y之间的线性关系越密切；|r|越接近于0，表示变量X、Y之间的线性关系越弱。

所述测量值是指各瓦斯传感器在一定时间(1-10分钟)内的多个测量数值的平均值。

在煤矿监控系统中采用如下方法实现异常报警功能：如上图1所示，首先应测量并计算第一瓦斯传感器T₁（放置在工作面，处于风流上游）和第二瓦斯传感器T2（放置在回风巷，处于风流下游）测量同一气团存在的时间差，该时间差为风流平移时间t₀，风流平移时间t₀等于第二瓦斯传感器T₂和第一瓦斯传感器T₁之间的距离与风速的比值(由于巷道中各处风速不同,此风速应为两个传感器之间的风速)。然后选定比较数据的时间段(比如1-8小时之间)。提取第一瓦斯传感器T₁该时间段内的一组测量数据（每个数据是5分钟内的测量平均值），再提取第二瓦斯传感器T₂该时间段向后平移时间t₀的一组测量数据。

对这两组数据的相关系数进行判别，若后满足“相关系数>一设定值”，则视为正常。若不满足该条件并达到一定时间（比如30分钟），则判断为煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常并发出报警。

根据相关系数的性质:当0<|r|<1时，表示两变量存在一定程度的线性相关。且|r|越接近1，两变量间线性关系越密切；|r|越接近于0，表示两变量的线性相关越弱。一般可按三级划分：|r|<0.4为低度线性相关；0.4≤|r|<0.7为显著性相关；0.7≤|r|<1为高度线性相关。

在本实施例中,所述"设定值"一般可取0.4。为了得到较高的报警灵敏度，也可以根据各矿工作面的具体情况进行调整。比如：如果两个传感器距离较近，"设定值"可取0.6-0.8。

（实施例2）

本实施例的检测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法包括：在煤矿井下的没有新风加入的同一巷道中沿风流方向分布有多个瓦斯传感器，正常时应符合:风流上游处的瓦斯传感器某一时间段（该时间段的长度为1-10分钟之间的任意值，各传感器进行检测的时间段的长度相等）内测得的最小值≤风流下游处的瓦斯传感器在延时t ₀后同样长度的时间段内测得的最小值，其中t₀为风流平移时间，t₀等于两个瓦斯传感器之间的距离除以风速（由于同一气团流经不同传感器时存在时间差，测量值比较时下游传感器应取向后延时t₀的测量值，时间t₀等于两个传感器之间的距离与风速的比值。由于巷道中各处风速不同,此风速应为传感器之间的风速)；若不满足上述条件并达到一定时间，则判断为煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常并发出报警。

具体实施如图1，在工作面、回风巷两个位置设置第一瓦斯传感器T₁、第二瓦斯传感器T₂，工作面为煤矿瓦斯的主要涌出点。在煤矿监控系统中采用如下方法实现异常报警功能：在监控系统主机上配置程序对第一瓦斯传感器T₁、第二瓦斯传感器T₂。将一定时间范围内（如5分钟内）测得的最小值进行记录，再将第一瓦斯传感器T₁测得的最小值C1和第二瓦斯传感器延时t₀后测得的最小值C2比较，若C1≤C2为正常；若不满足该条件并达到一定时间（比如30分钟），就发出报警。

其原理是：没有新风流加入的同一条巷道中，沿风流方向分布的各瓦斯传感器在同一气流段内测得的一定时间内的最小值沿着风流方向不会减小；井下空气随风流沿路还会有巷道煤壁里的瓦斯冒出，所以下游的瓦斯会多于上游的瓦斯，又由于瓦斯从煤壁涌出后瓦斯气团随风流从不均匀向均匀变化的过程，所以同一团风流中瓦斯浓度的最小值是不会降低的。

（实施例3）

如图1，在工作面、回风巷两个位置设置第一瓦斯传感器T₁、第二瓦斯传感器T₂，工作面为煤矿瓦斯的主要涌出点。在煤矿井下的同一巷道中，在工作面下游的沿风流方向分布的多个瓦斯传感器之间，各瓦斯传感器每隔一段时间获取一个该时间段内测得的最大值和最小值的差值记为极差值D（该时间段的长度为1-10分钟之间的任意值，各传感器的时间段的长度相等），各瓦斯传感器的极差值应符合：邻近瓦斯主要涌出点处的瓦斯传感器测得的第一极差值D1大于远离瓦斯主要涌出点处瓦斯传感器在延时t₀后在同样长度的时间段内测得的第二极差值D2（由于同一气团流经不同传感器时存在时间差，测量值比较时下游传感器应取向后延时t₀的测量值，时间t₀等于两个传感器之间距与风速的比值。由于巷道中各处风速不同,此风速应为两传感器之间的风速)；若不满足该条件并达到达一定时间（比如30分钟），则判断为煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常并报警。

其原理是：由于瓦斯的涌出并不是均匀的，瓦斯和空气的混合也需要一段时间，所以靠近煤壁处的瓦斯和空气的混合会形成类似一个个瓦斯气团的状态。瓦斯气团然后沿着风流方向逐渐扩散，瓦斯空气混合逐步均匀。由于靠近瓦斯主要涌出点处的瓦斯和空气的混合更不均匀，传感器测得的瓦斯含量波动相应较大。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，其特征在于：在煤矿井下的没有新风加入的同一巷道中工作面下游的两个瓦斯传感器的测量值之间的相关性符合：风流上游处的瓦斯传感器在第一时间段内的一组测量值与风流下游处的瓦斯传感器在第二时间段内的一组测量值之间的相关性指标r大于一设定值； 

若不满足该条件并达到一定时间，则判断为煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常并发出报警； 

其中：所述第一、第二时间段的时间差为风流平移时间t₀，该风流平移时间t₀ 为两个瓦斯传感器之间的距离与风速的比值； 

所述检测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，还包括：在煤矿井下的同一巷道中，在工作面下游的多个瓦斯传感器沿风流方向分布，一时间段内各瓦斯传感器的测量值中的最大值与最小值的差值记为极差值D，则正常情况下应符合：邻近工作面（即瓦斯主要涌出点）处的瓦斯传感器测得的第一极差值D1大于远离工作面处的瓦斯传感器在延时t₀后在同样长度的时间段内测得的第二极差值D2；若不满足该条件并达到一定时间，则判断为煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常并报警。 

2.根据权利要求1所述的检测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，其特征在于：所述相关性指标r根据概率论中计算两组随机变量相关系数的公式计算： 

其中：X、Y分别为两个瓦斯传感器测量的二组测量值，其中：E（X）表示变量X的数学期望，E（Y）表示变量Y的数学期望。 

3.根据权利要求1所述的检测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，其特征在于：所述测量值是指各瓦斯传感器在一定时间内的多个测量数值的平均值。 

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