CN103308661A

CN103308661A - 用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法

Info

Publication number: CN103308661A
Application number: CN2013102055362A
Authority: CN
Inventors: 朱世松; 汪云甲; 杨敏; 梁双华; 魏连江
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT; Air Force Service College of PLA
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; Air Force Service College of PLA
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明公开了一种用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法涉及煤矿井下传感器编码技术领域。该方法如下：将煤矿井下空间按照层次和隶属关系,将井下空间按照“工作面——巷道——传感器”进行层次编码，每个编码与传感器的布设位置一一对应；根据编码快速定位到瓦斯异常区域。优点：能够达到提高煤矿安全监测系统瓦斯传感数据异常分析与识别的时效性和准确性的目的。

Description

用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下传感器编码技术领域，具体涉及一种用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法。

背景技术

综合有关资料数据，至2010年底，除不具备生产条件予以关闭的矿井外，全国各地煤矿安全监控系统安装率达到100%，各重点产煤市（地）、县（市、区）的煤矿井区域联网率基本达到100%，有条件的地区还实现了省、市、县、煤矿四级联网运行，异地远程监控，分级监管、分级响应。

传感数据成为各级安全监控中心工作人员赖以感知煤矿井下作业环境的实时依据。瓦斯监测传感数据的异常波动尤其是浓度超限成为安全监控关注的重点，监控人员需要及时弄清引发异常波动的原因。但是，由于瓦斯传感器本身的可靠性问题，甚至一些人出于种种目的人为改变瓦斯传感器安放位置或人为封堵瓦斯传感器探头，造成瓦斯传感数据不真实，安全监控报警系统误报、漏报现象时有发生，系统安全监控效能没有得到正常发挥，一些真正的危险事态不能得到及时正确处置，从而酿成重特大瓦斯事故。以上问题的发生，充分说明了目前瓦斯安全监测监控系统数据综合分析处理能力尤其是异常辨识能力还有待进一步提高。

文献朱世松，汪云甲，魏连江．基于时间序列相似性度量的瓦斯报警信号辨识[J]．中国矿业大学学报，2012，41(3)：474-480.提出了基于单一监测点的瓦斯传感时间序列相似性度量方法，较好地解决了炮后瓦斯、突出警报、瓦斯校验、显著突变和局部停风等几种数据异常的识别问题。但是，该方法在自动识别“落煤瓦斯”、“恒偏差故障”尤其是二者叠加后的异常波动存在困难，正确率低；而对于人为封堵瓦斯探头等不安全行为引发的瓦斯异常识别更是无能为力。采用分批估计理论对数据进行融合处理，理论上固然可以获得较为准确的测量结果，提高数据可信度，但成本高、维护工作量大。

根据井下空间瓦斯运移原理，顺风流方向一定空间距离内布设的两个瓦斯传感器监测数据存在时空相关特性。例如，当工作面煤与瓦斯突出发生后，由于煤层中原来处于游离态的瓦斯和邻近层渗流瓦斯突然大量涌出，加上突出煤体中原来处于吸附状态的瓦斯迅速解吸，瓦斯浓度突然升高，工作面瓦斯传感器发生超限报警，随后浓度值继续上升。由于游离态瓦斯涌出量急剧减少，突出煤体瓦斯解吸速度衰减，尤其是风流对瓦斯气团的运移作用，工作面瓦斯浓度采样值在达到峰值后开始下降。回风流中瓦斯传感器浓度采样值也会同样发生相应的波动，超限报警后传感数值继续上升，在达到峰值后以几乎与工作面瓦斯浓度传感数值同等速率下降。此后，工作面瓦斯主要来自突出煤体解吸瓦斯释放，绝对瓦斯涌出量大为减少，经过风流稀释后，巷道中回风处瓦斯浓度采样值略低于工作面处的浓度采样值。整个过程除时间滞后外，变化趋势基本一致，即存在明显的时空相关特性，而且属于异步相关。

利用时空相关性分析原理进行瓦斯传感数据异常辨识，需要确定两个传感器之间的空间拓扑关系，即判断哪个传感器处于上风侧，哪个处于下风测。所处相对位置不同，相关分析过程所要提取的数据集也存在很大差别，需要考虑异步相关最佳延迟步长τ，然后根据巷道截面积、风量、距离等参数进行气体浓度预测和反演估算；否则，依据公式

的相关性强度计算结果会发生较大差别，从而影响分析判断的准确性。因此，科学合理的瓦斯传感器编号方法显得格外重要。

按照国家安全生产管理监督总局发布的《AQ1029－2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》，井下采掘工作面甲烷传感器编号虽然简单，但编号与设置地点也存在一定的局部空间对应关系，如U型通风方式回采工作面甲烷传感器布设，回风侧上隅角布设编号为T₀的瓦斯传感器，距工作面10m米处布设编号为T₁的瓦斯传感器，在回风巷口距离主回风巷10~15m处布设编号为T₂的瓦斯传感器。但是在煤矿瓦斯安全监控系统推广使用过程中，随着开采活动不断推进，用户对工作面各监测点瓦斯传感器设置的编号存在随意现象。这些编号未能表达工作面各瓦斯传感器之间客观存在的空间拓扑关系，从而给系统自动进行时空相关性查询分析造成不便，同时也给基于瓦斯传感器监测数据的其它需要空间定位的监测分析方法的实现带来困难。因此，有必要提出一种编码方法，能够用来承载和传递甲烷传感器的空间拓扑信息，以提高瓦斯安全监测系统数据异常分析与识别的时效性和准确性。该方法也可用于具有类似煤矿井下空间特征的复杂空间环境气体与烟尘传感监测领域。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法，能够达到提高煤矿安全监测系统瓦斯传感数据异常分析与识别的时效性和准确性的目的。

本发明是以如下技术方案现的：一种用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法，煤矿井下空间按照层次和隶属关系,将井下空间按照“工作面---巷道---传感器” 进行层次编码，每个编码与传感器的布设位置一一对应；根据编码快速定位到瓦斯异常区域。

其进一步是：首先对工作面进行3位数字编码；然后对各巷道进行字母和数字混合2位编码；最后对各巷道内的瓦斯传感器按照顺风流方向依次进行2位数字编码；按照层次和隶属关系把前3步的编码合成为7位编码，作为对应该工作面所属功能巷道空间的不同位置布设的瓦斯传感器标识；这样每个瓦斯传感器拥有一个7位编码，从左到右依次为3位工作面编码、2位巷道编码和2位传感器编码。

工作面编码设定3位数字编码为001开始的10进制数字编码。

巷道编码中的字母是巷道功能名称汉语拼音首字母；第2位编码为数字1到9这9个阿拉伯数字之一，按同类巷道瓦斯危险程度从高到低依次编号为从1，2，3，…，9。

每条巷道中的各瓦斯传感器编码，设定为两位从01开始的10进制数；按照风流流过的先后次序依次编号为01，02，03，…，09，10，11，…，99。

本发明的有益效果是：与现有传感器编号方法相比，本发明所提供的编码方法不仅赋予每个传感器一个标识，而且赋予了每个瓦斯传感器编号一个对应的空间拓扑信息，表达了其在所在巷道中与相邻瓦斯传感器的位置关系，更为重要的是可以引领煤矿瓦斯安全监测系统智能信息处理的设计理念和研究方向，提高传感数据异常分析识别能力，针对不同位置的瓦斯异常数据特征进行研究，总结规律，从而提高煤矿井下瓦斯安全监测水平。利用该编码，当某个传感器瓦斯传感数据发生异常时，首先能确定瓦斯异常大致区域，然后按照事先论证建立的该区域异常类型及识别知识库，进行特征度量分析。当根据单个瓦斯传感器的传感数据无法准确判断瓦斯异常原因时，需要运用巷道瓦斯运移规律联合相邻的上风侧或下风测传感器的监测数据进行时空相关性分析，此时可以根据传感器编码顺速提取相邻空间布设的瓦斯传感器的监测数据及其它辅助参数进行计算度量，从而提高了识别的时效性和准确性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1 局部停风后顺风流方向瓦斯浓度时空相关变化图；

图2 本发明方法的流程图；

图3 编号为002的H型通风方式采煤工作面瓦斯传感器编码示例。

具体实施方式

依据单个监测点的瓦斯传感数据掌握井下环境变化存在一定的困难。正常情况下，煤矿井下瓦斯气体在采掘工作面涌出后，顺风流方向在巷道空间运动并被逐步稀释，沿巷道布设的传感器监测到的浓度数据具有显著的时空相关特性，如图1所示。当出现传感器故障以及人的不安全行为造成传感器失效时，时空相关性强度会受到明显削弱，采样值和理论上的估算值之间会发生较大偏差。对传感器进行科学的编码有利于采用时空相关性分析方法进行传感数据异常识别，提高识别准确性和时效性。

用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法，按照图2流程所示步骤进行7位编码，正是为解决上述难题而提出的一种能表达空间拓扑关系的瓦斯传感器层次编码方法。具体方法步骤如下：

第一步为每个采掘工作面设置3位编码。鉴于煤矿井建设与开采先后次序有其特殊性，故对工作面编码没有线性关系要求，仅作为唯一标识；考虑煤矿规模有大有小，采掘工作面数量有多有少，故设定3位从001开始的10进制数字编码，如：001，002，003，…，999。

第二步为每个工作面所属巷道设置2位编码。由于回采工作面比较复杂，包含的巷道类型至少有2种以上，如进风巷、回风巷，有的还包括排瓦斯巷、联络巷等。为每条巷道设定2位编码：第1位为大写英文字母，取巷道功能名称的汉语拼音首字母，如进风巷的编码第1位为J，回风巷的编码第1位为H，排瓦斯巷的编码第1位为P，联络巷的编码第1位为L，…；第2位编码为数字1到9这9个阿拉伯数字之一，按同类巷道瓦斯危险程度从高到低依次编号为从1，2，3，…，9。

第三步为每条巷道所属瓦斯传感器设置2位数字编码。按照风流流过的先后次序，依次编号为01，02，03，…，09，10，11，…。

第四步按照层次和隶属关系把前3步的编码合成为7位编码，作为对应该工作面所属功能巷道空间的不同位置布设的瓦斯传感器标识。其中，最左面3位数字是工作面的编码；然后是由字母与数字合成的巷道2位编码；最右边是传感器的2位数字编码。编码方法可用表1形式描述。

表1

编号为002的H型通风方式采煤工作面瓦斯传感器编码实施例，如图3所示。这里包含了3组理论上具有时空相关性的瓦斯传感器编号集，分别是{002J101，002J102}，{002H101，002H102}，{002H201，002H202}。对长度大于800米的掘进工作面，回风巷中应增设甲烷传感器，增设后甲烷传感器编码应重新设置。

此外，该编码方法还可以进一步拓展到其他需要利用呈线性布设的多个传感器进行环境监测预报分析的领域，如水文、气象、复杂工业生产自动控制等。

Claims

1.一种用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法，其特征在于：煤矿井下空间按照层次和隶属关系,将井下空间按照“工作面---巷道---传感器” 进行层次编码，每个编码与传感器的布设位置一一对应；根据编码快速定位到瓦斯异常区域。

2.根据权利要求1所述的用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法，其特征在于：首先对工作面进行3位数字编码；然后对各巷道进行字母和数字混合2位编码；最后对各巷道内的瓦斯传感器按照顺风流方向依次进行2位数字编码；按照层次和隶属关系把前3步的编码合成为7位编码，作为对应该工作面所属功能巷道空间的不同位置布设的瓦斯传感器标识，这样每个瓦斯传感器拥有一个7位编码，从左到右依次为3位工作面编码、2位巷道编码和2位传感器编码。

3.根据权利要求2所述的用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法，其特征在于：工作面编码设定3位数字编码为001开始的10进制数字编码。

4.根据权利要求2所述的用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法，其特征在于：巷道编码中的字母是巷道功能名称汉语拼音首字母；第2位编码为数字1到9这9个阿拉伯数字之一，按同类巷道瓦斯危险程度从高到低依次编号为从1，2，3，…，9。

5.根据权利要求2所述的用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法，其特征在于：每条巷道中的各瓦斯传感器编码，设定为两位从01开始的10进制数；按照风流流过的先后次序依次编号为01，02，03，…，09，10，11，…，99。