CN103485825A - 一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法，涉及煤矿安全领域。本发明通过定时获取采样数据，对数据进行分析筛选，获取拟合序列，绘制直线方程的拟合曲线，根据拟合曲线计算出时间差，并运用时间差对预警等级进行判断，发生异常时采取相应的预警措施。本发明相对准确的描述温度变化趋势，预测矿井温度，合理地划分预警等级。

Description

一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法

技术领域

本发明涉及物联网通信技术中的煤矿安全领域，尤其涉及一种温度预警的方法，适用于煤矿安全监管系统。

背景技术

随着社会的发展和科学的进步，煤矿机械化程度不断提高，特别是随着开采深度的逐渐增加，矿井热害问题日益突显，高温环境不仅影响生产效率，而且严重危害着工作人员的健康。对热害的防治已经成为了煤矿安全生产中的一个重要课题，所以对矿井温度的预警也越来越重要。

目前，煤矿矿井下对温度的预警主要采用的是超限预警方式，通过设置温度预警阈值，当温度到达这个阈值时进行声光报警，这种方法最简单直接，但同时也存在缺陷，实时的数据无法判断温度变化的快慢，对不同等级的预警所采取的措施缺乏合理性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明提出用曲线拟合预测矿井温度，计算时间差，并通过时间差进行温度预警的方法，可以相对准确的描述温度变化趋势，预测矿井温度，合理地划分预警等级，根据不同预警等级采取合理的措施。

本发明采用的技术方案如下：

一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法，其包括以下步骤：

（1）设置采样频率，温度上限T_高，温度下限T_低；

（2）设置三个预警等级，并通过设置三个时间差标准t_黄、t_橙、t_红作为预警触发条件；

（3）对传感器传上来的数据通过过滤算法进行筛选，去除错误数据；

（4）根据筛选处理之后的温度数据，获取预拟合序列Sn；调用Matlab求直线方程的系数，绘制直线方程的拟合曲线，根据拟合曲线求取时间差，通过时间差与预警触发条件进行比较，对不同预警等级发出不同的警报，并采取相应的预警措施。

传统的温度预警方法是通过设置温度预警阈值，超限后进行声光报警。本发明提出的通过时间差进行温度预警的方法，是使用曲线拟合的方式预测温度变化趋势，实时更新拟合曲线，根据绘制的拟合曲线到达温度上限的时间计算出时间差，用时间差与设置的不同预警等级触发时间进行比较，如果发现异常，则采取相应等级的预警措施。

本发明提出的通过一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法，能够相对准确的描述温度变化趋势，预测矿井温度，合理地划分预警等级。

附图说明

图1为本发明涉及的通过时间差进行煤矿井下温度预警方法的流程图；

图2为常见函数拟合曲线比较图；

图3为计算时间差模型图；

图4为获取拟合数据序列流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图对实施方式作进一步的描述。

如图1所示，设置基本参数，包括：采样频率，温度上限T_高，温度下限T_低。根据矿井实际环境以及采取预警措施的实施效率划分三个预警等级，警报严重程度由低到高依次分为：Ⅲ级预警（黄色警报），Ⅱ级预警（橙色警报），Ⅰ级预警（红色警报），设置三个时间差标准t_黄、t_橙、t_红作为预警触发条件。

采集数据，对传感器传上来的数据进行筛选统计，运用过滤算法去除错误数据，把处理之后的数据显示出来。根据显示出来的温度数据获取拟合序列，利用剩余平方和检验法算出该序列的拟合函数系数，绘制拟合曲线。本发明中采用一次函数作为拟合函数，通过以下例子进行说明。

以一个异常温度数据序列为例，假设序列Sn={24.2024.3224.5825.0825.2625.5025.8526.0326.4526.6026.9827.06},假设温度变量为T，时间变量为t，横坐标为时间，纵坐标为温度,调用Matlab软件，对Sn进行常见函数拟合，绘制出几种常见函数的拟合曲线，如图2所示。从图2中可以看出，二次方程、三次方程、幂函数等拟合出来的曲线在数据序列范围之外会发生急剧的变化，虽然其对已知数据序列的拟合度可能较高，但经过观察曲线，发现曲线的走势受最后两个数据点的位置关系影响较大，所以不适合用于对未来温度的预测，而直线方程受最后两个数据点的位置关系影响较小，能够较好的描述一定时间内温度变化趋势。通过对矿井下实际温度数据的分析，发现在日常工作中，通风强度一定，井下温度变化趋势非常缓慢，只有发生异常时温度才会发生明显的变化，直线方程拟合曲线也可以描述正常时的温度变化。因此本发明采用直线方程对温度数据进行拟合。

根据拟合曲线计算时间差，如图3所示。按《煤矿安全规程》的规定，井下各地点温度不允许超过28℃（井下变电所，变电硐室30℃），为方便解释本预警方法原理，设置上限温度为30℃，而实际运用中温度上下限的设置要结合矿井通风情况，降温速度等实际情况而决定。记录此刻横坐标t1,找出拟合曲线中温度为30℃的点，记录该点的横坐标t2，t2与t1之差就是本次计算获取的时间差t。比较t与t_红，若t<=t_红,进行红色报警，通知人员安全撤离；若t>=t_红，比较t与t_橙，如果t<=t_橙，进行橙色报警，停止作业，通知技术人员勘测；若t>=t_橙，比较t与t_黄，如果t<=t_黄，进行黄色报警，加大通风强度，开启制冷设备，加大制冷强度。采取一系列措施后当检测到温度T<=T_低，减小制冷强度，恢复正常生产。

为保证拟合曲线准确性更高，获取的拟合序列不能过短或过长，过短可能存在数据的特殊性，导致拟合的曲线没有参考价值，过长则会使拟合曲线变化趋势不明显，影响对温度的预测，获取拟合序列的流程如图4所示。本发明获取拟合序列采用的方法是：设置温度变化的幅度阈值T_幅，计算每次采取的温度数据变化幅度值ΔT，记录连续三次ΔT，若每次都小于T_幅，则表明此时矿井温度出于正常状态或者轻微的异常状态，获取12个数据点用以绘制拟合曲线，能够反应温度的整体变化趋势；若每次ΔT都大于T_幅，表明此时温度表现出异常状况，正在逐渐升高并且变化速度比较快，为更明确温度变化趋势，获取6个数据点用以绘制拟合曲线。上述温度变化幅度阈值需要通过对矿井实际情况的分析后进行设置。

本发明使用了曲线拟合的方法，对温度传感器采集的温度数据进行定时拟合，根据拟合曲线计算出的时间差，达到了预测矿井温度并进行不同等级预警的目的。

Claims (4)

1.一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）设置采样频率，温度上限T_高，温度下限T_低；

（2）设置三个预警等级，并通过设置三个时间差标准t_黄、t_橙、t_红作为预警触发条件；

（3）对传感器传上来的数据通过过滤算法进行筛选，去除错误数据；

（4）根据筛选处理之后的温度数据，获取预拟合序列Sn；调用Matlab求直线方程的系数，绘制直线方程的拟合曲线，根据拟合曲线求取时间差，通过时间差与预警触发条件进行比较，对不同预警等级发出不同的警报，并采取相应的预警措施。

2.根据权利要求1所述的通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法，其特征在于所述获取拟合序列的方法是，设置温度变化的幅度阈值T_幅，计算每次采取的温度数据变化幅度值ΔT，记录连续三次ΔT，若每次都小于T_幅，则表明此时矿井温度出于正常状态或者轻微的异常状态，获取此时刻以及最近的11个点，共12个数据点，用以绘制拟合曲线；若每次ΔT都大于T_幅，表明此时温度表现出异常状况，获取此刻以及最近的5个点，共6个数据点作为拟合序列，用以绘制拟合曲线。

3.根据权利要求1所述的通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法，其特征在于，所述获取时间差的方法是，记录此刻横坐标t1,找出拟合曲线中温度为温度上限T_高的点，记录该点的横坐标t2，t2与t1之差就是本次计算获取的时间差t。

4.根据权利要求3所述的通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法，其特征在于，所述通过时间差与预警触发条件进行比较，对不同预警等级发出不同的警报的方法是：比较t与t_红，若t<=t_红,进行红色报警；若t>=t_红，比较t与t_橙，如果t<=t_橙，进行橙色报警；若t>=t_橙，比较t与t_黄，如果t<=t_黄，进行黄色报警。

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