CN104500141A - 基于矿压监测动态特征的突出预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于矿压监测动态特征的突出预警方法，包括如下步骤：S1.检测矿压参数，并按照采集的时间顺序剔除矿压参数中的干扰数据；S2.根据剔除干扰数据后的矿压参数计算预警指标值；S3.将预警指标值与预警临界值对比，确定预警等级，并根据预警等级发布相应的突出预警信号，然后返回步骤S1；能够对矿井中采集的安全参数进行干扰提出，从而对监测的安全参数进行合理利用，并能够及时发现矿井中矿压的变化，连续性好、准确性高，从而能够保证煤矿安全生产。

Description

基于矿压监测动态特征的突出预警方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿领域的预警方法，尤其涉及一种基于矿压监测动态特征的突出预警方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤体的物理力学性质综合作用的结果；地应力作为一种主要动力因素，在煤与瓦斯突出的孕育、发展和发生过程中发挥着重要的促进作用，尤其是在采煤工作面，突出类型基本属于应力主导的压出型，地应力作用尤为突出，而且，随着采掘作业范围不断向深部扩展，地应力还将进一步增大，在现有技术总，煤矿的矿井采煤面突出预测主要通过瓦斯解吸指标等方法来进行突出预警，传统方法通过采集采煤工作面的数据，然后进行安全型能评估，由于采集的数据量极大，现有方法难以将其中的干扰数据剔除，因此造成预警连续性不好、准确性不高。

因此，需要提出一种新型的应用于煤矿中突出预警的方法，能够对矿井中采集的安全参数进行干扰提出，从而对监测的安全参数进行合理利用，并能够及时发现矿井中矿压的变化，连续性好、准确性高，从而能够保证煤矿安全生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于矿压监测动态特征的突出预警方法，能够对矿井中采集的安全参数进行干扰提出，从而对监测的安全参数进行合理利用，并能够及时发现矿井中矿压的变化，连续性好、准确性高，从而能够保证煤矿安全生产。

本发明提供的一种基于矿压监测动态特征的突出预警方法，包括如下步骤：

S1.检测矿压参数，并按照采集的时间顺序剔除矿压参数中的干扰数据；干扰数据主要表现在数据波动幅度较大且波动频率较高，严重影响了矿压监测数据的合理应用，使得矿井在进行突出决策时很难将矿压因素考虑在内；

S2.根据剔除干扰数据后的矿压参数计算预警指标值；

S3.将预警指标值与预警临界值对比，确定预警等级，并根据预警等级发布相应的突出预警信号，然后返回步骤S1。

进一步，步骤S1中，通过如下方法剔除干扰数据：

S11.按照矿压采集的时间排列采集的矿压参数并形成第一参数序列{P1、P2…P_m-1、P_m…}，并确定相邻时刻矿压参数差值h，其中h＝P_m-P_m-1，P_m表示第m时刻的矿压值，P_m-1表示第m时刻的上一时刻的矿压值；

S12.根据如下规则确定按照采集的时间顺序排列的第二参数序列：

若h＞D，则删除P_m-1，保留P_m；

若h＜-D，则删除P_m,保留P_m-1；

若-D≤h≤D；则将P_m-1和P_m同时保留；其中，D为根据不同矿井设定的正常数；

将保留的矿压参数按照矿压采集的时间顺序排列形成第二参数序列{P′₁，P′₂，…，P′_n，…}。

进一步，步骤S2中，根据如下确定预警指标：

S21.对第二参数序列{P′₁，P′₂，…，P′_n，…}以设定的时间间隔对第二参数序列计算一次加权平均值P′_t，公式如下：

$P_t^{\′}=\frac{\frac{1}{2}(P_0^{\′}+P_1^{\′})(t_1-t_0)+\frac{1}{2}(P_1^{\′}+P_2^{\′})(t_2-t_1)+\·\·\·+\frac{1}{2}(P_{n-1}^{\′}+P_n^{\′})(t_n-t_{n-1})}{t_n-t_0}$

其中，t₀、t₁、…、t_n为第二参数序列中各采集各参数所对应的时间点，并且t_n-t₀≤设定的时间间隔，设定的时间间隔为10min，那么t_n-t₀≤10min，排除因数据采集或传输中断而造成的计算误差；也就是说，当矿压数据中断10min以上时，要重新开始新的序列计算；P′₁，P′₂，…，P′_n，…为提出干扰数据后，按照不同的采集时间重新排列后形成的第二参数序列；

S22.将t₀、t₁、…、t_n分别对应的加权平均值P′_t按照采集时间顺序排列形成第三参数序列{P″₁，P″₂，…，P″_i，…，P″_n}，，并计算第三参数序列的均值其中，并根据第三参数序列的均值计算第三参数序列的标准差和累积离差，标准差计算公式为：

累积离差计算公式为：

S23.根据累积离差确定计算累积离差的极差，其计算公式为：

R″＝max(P″_t，n)-min(P″_t，n)

S24.根据累积离差的极差和剔除干扰数据后的矿压值的第三参数序列的标准差，确定预警指标值H，计算公式如下：

进一步，步骤S3中，根据如下规则确定预警等级：

当P″_i≥0.8P_e，且0.8＜H≤1，同时满足P″_i-2＜P″_i-1＜P″_i，表明P″_i逼近额定值，且在下一时期很有可能继续呈上升趋势，预警级别定为“红色”；

当P″_i≥0.8P_e，且0.5＜H≤0.8，同时满足P″_i-2＜P″_i-1＜P″_i，表明P″_i逼近额定值，且在下一时期有较大可能继续呈上升趋势，预警级别定为“橙色”；

当0.5P_e＜P″_i＜0.8P_e，且0.8＜H≤1，同时满足P″_i-2＜P″_i-1＜P″_i，表明P″_i即将逼近额定值，且在下一时期很有可能继续呈上升趋势，预警级别定为“橙色”；

当P″_i为其他值时，预警级别为“绿色”。

本发明的有益效果：本发明的基于矿压监测动态特征的突出预警方法，通过按照采集时间对采集的参数进行动态筛选，排除干扰数据，能够对采集的安全参数进行合理利用，并及时发现安全参数的变化，利于及时采取措施，而且能够连续并准确地作出煤矿突出预警，从而保证煤矿安全生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的第一实施例流程图。

图3为本发明的第二实施例流程图。

具体实施方式

图1为本发明的流程图，图2为本发明的第一实施例流程图，图3为本发明的第二实施例流程图；如图所示，本发明提供的一种基于矿压监测动态特征的突出预警方法，包括如下步骤：

S1.检测矿压参数，并按照采集的时间顺序剔除矿压参数中的干扰数据；

S2.根据剔除干扰数据后的矿压参数计算预警指标值；

S3.将预警指标值与预警临界值对比，确定预警等级，并根据预警等级发布相应的突出预警信号，然后返回步骤S1；其中，矿压是指矿井中的地应力等原始压力在采掘空间内进行重新分布达到平衡状态后的压力，地应力等原始压力主要分布在矿井中的支撑结构上，因此，通过采集设备采集矿井中的支撑结构上的应力即可表示矿压。

本实施例中，步骤S1中，通过如下方法剔除干扰数据：

S11.按照矿压采集的时间排列采集的矿压参数并形成第一参数序列{P1、P2…P_m-1、P_m…}，并确定相邻时刻矿压参数差值h，其中h＝P_m-P_m-1，P_m表示第m时刻的矿压值，P_m-1表示第m时刻的上一时刻的矿压值；

S12.根据如下规则确定按照采集的时间顺序排列的第二参数序列：

若h＞D，则删除P_m-1，保留P_m；

若h＜D，则删除P_m,保留P_m-1；

若-D≤h≤D；则将P_m-1和P_m同时保留；其中，D为根据不同矿井设定的正常数；

将保留的矿压参数按照矿压采集的时间顺序排列形成第二参数序列{P′₁，P′₂，…，P′_n，…}。

本实施例中，步骤S2中，根据如下确定预警指标：

S21.对第二参数序列{P′₁，P′₂，…，P′_n，…}以设定的时间间隔对第二参数序列计算一次加权平均值P′_t，公式如下：

$P_t^{\′}=\frac{\frac{1}{2}(P_0^{\′}+P_1^{\′})(t_1-t_0)+\frac{1}{2}(P_1^{\′}+P_2^{\′})(t_2-t_1)+\·\·\·+\frac{1}{2}(P_{n-1}^{\′}+P_n^{\′})(t_n-t_{n-1})}{t_n-t_0}$

其中，t₀、t₁、…、t_n为第二参数序列中各采集各参数所对应的时间点；

S22.将t₀、t₁、…、t_n分别对应的加权平均值P′_t按照采集时间顺序排列形成第三参数序列{P″₁，P″₂，…，P″_i，…，P″_n}，并计算第三参数序列的均值其中，

并根据第三参数序列的均值计算第三参数序列的标准差和累积离差；其中，P″_n＝P′_t，也就是说，以P″₁为例，P″₁等于在第一个时刻t₁采集的矿压值的加权平均值P′₁，依次类推，从而确定出第三参数序列{P″₁，P″₂，…，P″_n，…}；

标准差计算公式为： $s^{\′\′}=\sqrt{\frac{1}{n}\left[\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(P_i^{\′\′}-{\stackrel{\‾}{P}}^{\′\′})}^2\right]};$

累积离差计算公式为：

S23.根据累积离差确定计算累积离差的极差，其计算公式为：

R″＝max(P″_t，n)-min(P″_t，n)

S24.根据累积离差的极差和剔除干扰数据后的矿压值的第三参数序列的标准差，确定预警指标值H，计算公式如下：

本实施例中，步骤S3中，根据如下规则确定预警等级：

当P″_i≥0.8P_e，且0.8＜H≤1，同时满足P″_i-2＜P″_i-1＜P″_i，表明P″_i逼近额定值，且在下一时期很有可能继续呈上升趋势，预警级别定为“红色”；

当P″_i≥0.8P_e，且0.5＜H≤0.8，同时满足P″_i-2＜P″_i-1＜P″_i，表明P″_i逼近额定值，且在下一时期有较大可能继续呈上升趋势，预警级别定为“橙色”；

当0.5P_e＜P″_i＜0.8P_e，且0.8＜H≤1，同时满足P″_i-2＜P″_i-1＜P″_i，表明P″_i即将逼近额定值，且在下一时期很有可能继续呈上升趋势，预警级别定为“橙色”；其中，P'_e表示矿压额定值

当P″_i为其他值时，预警级别为“绿色”；其中以不同颜色表征预警等级，对不同颜色的预警等级的说明如表1所示：

表1

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.基于矿压监测动态特征的突出预警方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.检测矿压参数，并按照采集的时间顺序剔除矿压参数中的干扰数据；

S2.根据剔除干扰数据后的矿压参数计算预警指标值；

S3.将预警指标值与预警临界值对比，确定预警等级，并根据预警等级发布相应的突出预警信号，然后返回步骤S1。

2.根据权利要求1所述基于矿压监测动态特征的突出预警方法，其特征在于：步骤S1中，通过如下方法剔除干扰数据：

S11.按照矿压采集的时间排列采集的矿压参数并形成第一参数序列{P1、P2…P_m-1P_m…}，并确定相邻时刻矿压参数差值h，其中h＝P_m-P_m-1P_m表示第m时刻的矿压值，P_m-1表示第m时刻的上一时刻的矿压值；

S12.根据如下规则确定按照采集的时间顺序排列的第二参数序列：

若h＞D，则删除P_m-1保留P_m；

若h＜-D，则删除P_m保留P_m-1；

若-D≤h≤D；则将P_m-1和P_m同时保留；其中，D为根据不同矿井设定的正常数；

将保留的矿压参数按照矿压采集的时间顺序排列形成第二参数序列{P′₁，P′₂，…，P′_n，…}。

3.根据权利要求2所述基于矿压监测动态特征的突出预警方法，其特征在于：步骤S2中，根据如下确定预警指标：

S21.对第二参数序列{P′₁，P′₂，…，P′_n，…}以设定的时间间隔对第二参数序列计算一次加权平均值P′_t公式如下：

$P_t^{\′}-\frac{\frac{1}{2}(P_0^{\text{'}}+P_1^{\text{'}})(t_1-t_0)+\frac{1}{2}(P_1^{\text{'}}+P_2^{\text{'}})(t_2-t_1)+...+\frac{1}{2}(P_{n-1}^{\text{'}}+P_n^{\text{'}})(t_n-t_{n-1})}{t_n-t_0}$

其中，t₀、t₁、…、t_n为第二参数序列中各采集各参数所对应的时间点；

S22.将t₀、t₁、…、t_n分别对应的加权平均值P′_t按照采集时间顺序排列形成第三参数序列{P″₁，P″₂，…，P″_i，…，P″_n}，并计算第三参数序列的均值其中，

并根据第三参数序列的均值计算第三参数序列的标准差和累积离差，标准差计算公式为：

累积离差计算公式为：

S23.根据累积离差确定计算累积离差的极差，其计算公式为：

R″＝max(P″_t，n)-min(P″_t，n)

S24.根据累积离差的极差和剔除干扰数据后的矿压值的第三参数序列的标准差，确定预警指标值H，计算公式如下：

4.根据权利要求3所述基于矿压监测动态特征的突出预警方法，其特征在于：步骤S3中，根据如下规则确定预警等级：

当P″_i≥0.8P_e，且0.8＜H≤1，同时满足P″_i-2＜P″_i-1＜P″_i，表明P″_i逼近额定值，且在下一时期很有可能继续呈上升趋势，预警级别定为“红色”；

当P″_i≥0.8P_e，且0.5＜H≤0.8，同时满足P″_i-2＜P″_i-1＜P″_i，表明P"_i逼近额定值，且在下一时期有较大可能继续呈上升趋势，预警级别定为“橙色”；

当0.5P_e＜P″_i＜0.8P_e，且0.8＜H≤1，同时满足P″_i-2＜P″_i-1＜P″_i，表明P″_i即将逼近额定值，且在下一时期很有可能继续呈上升趋势，预警级别定为“橙色”；

当P″_i为其他值时，预警级别为“绿色”。