CN108223010A - 矿山动力灾害一体化预警方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了矿山动力灾害一体化预警方法及装置，涉及煤矿开采动力灾害预测评价技术领域，该方法通过矿井内应力信号、地音信号、电场信号、温度信号以及瓦斯信号，以及预先存储的应力信号参考值、地音信号参考值、电场信号参考值、温度信号参考值以及瓦斯信号参考值，建立相应的稳定性函数，根据稳定性函数和稳定性函数的理论值建立误差函数；并对误差函数建立约束方程组，并对所述约束方程组根据蒙特·卡罗算法求解出使当前时刻误差最小的αi(n)和βi(n)，也即通过上述步骤求解出使当前时刻误差最小的αi(n)和βi(n)可以估计当前时刻的稳定性函数值，用稳定性函数值与稳定性函数的理论值的差值可以判断出该时刻矿井内的安全性，从而达到动态评估矿井内的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采动力灾害预测评价领域，更具体的涉及矿山动力灾害一体化预警方法及装置。
背景技术
煤与瓦斯突出、冲击地压是煤矿生产中遇到的最严重动力灾害。煤与瓦斯突出发生时，井下煤体向巷道或采场抛出大量煤炭、喷出大量瓦斯；冲击地压发生时，井下巷道或采掘工作面被迅猛破坏，破坏时间仅几秒到十几秒，破坏范围可达几百米，抛射出煤炭可达几万吨。截至2012年底我国已有煤与瓦斯突出矿井1141个，冲击地压矿井142个，随着我国能源需求量的增加和开采强度的不断加大，未来几年我国大部分矿井将进入深部开采阶段。深部煤与瓦斯突出矿井若发生冲击地压，可能诱发破坏性更大的煤与瓦斯突出，甚至引发瓦斯、煤尘爆炸等次生灾害，表现为两种灾害互相影响；在采取常规煤与瓦斯突出防治措施后，若单纯按煤与瓦斯突出煤层危险评价方法，已判定为安全的煤层，可能发生冲击地压-煤与瓦斯突出复合动力灾害(以下简称复合型动力灾害)，造成大量设备损坏及人员伤亡，表现为两种动力灾害相互复合。所以，随着矿井进入深部开采后，两种动力灾害互为共存，互相影响，相互复合，使煤矿动力灾害更加复杂，预测防治更加困难。因而研究矿山动力灾害一体化预警方法及装置成为实现冲击地压和煤与瓦斯突出矿井深部煤炭安全高效开采的重大需求。
目前，我国在预测冲击地压煤岩动力灾害方面主要是向煤体打钻测试钻屑量、瓦斯参数的方法进行测试，该方法无法实时的动态评估矿井内的安全性，造成预警准确率低。
综上所述，现有技术中无法实时的动态评估矿井内的安全性，造成预警准确率低。
发明内容
本发明实施例提供矿山动力灾害一体化预警方法及装置，用以解决现有技术中无法实时的动态评估矿井内的安全性能，造成预警准确率低。
本发明实施例提供矿山动力灾害一体化预警方法，包括：步骤1、煤岩应力传感器每隔时间T采集矿井内应力信号x1，煤岩地音传感器每隔时间T采集矿井内地音信号x2，煤岩电场传感器每隔时间T采集矿井内电场信号x3，煤岩温度传感器每隔时间T采集矿井内温度信号x4，煤岩瓦斯传感器每隔时间T采集矿井内瓦斯信号x5，并采用信号调理器对上述五个信号进行调理和放大处理，发送至微处理器；
步骤2、微处理器根据当前时刻接收到的x1(n)、x2(n)、x3(n)、x4(n)和x5(n)以及预先存储的x1_r、x2_r、x3_r、x4_r和x5_r，建立如下公式(1)的稳定性函数；
其中，公式(1)中，S(n)为第n时刻的稳定性函数，x1(n)为第n时刻的应力信号，x2(n)为第n时刻的地音信号，x3(n)为第n时刻的电场信号，x4(n)为第n时刻的温度信号，x5(n)为第n时刻的瓦斯信号；x1_r为应力信号参考值、x2_r为地音信号参考值、x3_r为电场信号参考值、x4_r为温度信号参考值、x5_r为瓦斯地音信号参考值；为各信号偏离与其对应信号参考值的程度，αi(n)为第n时刻Hi(n)的加权因子；为第n时刻与第n-1时刻各信号差值偏离与其对应信号参考值的程度，βi(n)为第n时刻Yi(n)的加权因子；
步骤3、根据稳定性函数S(n)和稳定性函数的理论值建立误差函数；
步骤4、并对所述误差函数建立如下约束方程组(2)，并对所述约束方程组(2)根据蒙特·卡罗算法求解出使第n时刻误差最小的αi(n)和βi(n)；
其中，E(n)为误差函数，S_r为稳定性函数的理论值，且取值为1；
步骤5、根据第n时刻误差最小的αi(n)和βi(n)求出稳定性函数值，并根据稳定性函数值和稳定性函数的理论值求解出误差值，根据误差值判定灾害等级；
步骤6、根据灾害等级与预警信号之间的对应关系，发送预警信号。
较佳地，所述灾害等级包括：第一等级、第二等级和第三等级。
本发明实施例提供矿山动力灾害一体化预警装置，包括：煤岩应力传感器、煤岩地音传感器、煤岩电场传感器、煤岩温度传感器、煤岩瓦斯传感器、信号调理器、微处理器、键盘、显示器和报警器；所述煤岩应力传感器的输出端、所述煤岩地音传感器的输出端、所述煤岩电场传感器的输出端、所述煤岩温度传感器的输出端、所述煤岩瓦斯传感器输出端分别通过信号调理器连接所述微处理器的五路输入端，所述微处理器的输入端还与键盘的输出端连接，所述微处理器的一路输出端连接显示器的输入端，所述微处理器的另一路输出端连接报警器的输入端。
本发明实施例中，通过微处理器根据当前时刻接收到的矿井内应力信号、地音信号、电场信号、温度信号以及瓦斯信号，以及预先存储的应力信号参考值、地音信号参考值、电场信号参考值、温度信号参考值以及瓦斯信号参考值，建立相应的稳定性函数，根据稳定性函数和稳定性函数的理论值建立误差函数；并对误差函数建立约束方程组，并对所述约束方程组根据蒙特·卡罗算法求解出使当前时刻误差最小的αi(n)和βi(n)，也即通过上述步骤求解出使当前时刻误差最小的αi(n)和βi(n)可以估计当前时刻的稳定性函数值，用稳定性函数值与稳定性函数的理论值的差值可以判断出该时刻矿井内的安全性，从而达到动态评估矿井内的安全性，且可以通过权值预测出动力灾害类型、做好针对性的解危措施，可及时减少矿山动力灾害引起的安全事故、提高回采巷道的安全性具有重大意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的矿山动力灾害一体化预警方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的矿山动力灾害一体化预警装置的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示例性的示出了本发明实施例提供的矿山动力灾害一体化预警方法的流程示意图，该方法至少可以应用于煤岩动力灾害预测中。
如图1所示，本发明实施例提供的矿山动力灾害一体化预警方法包括以下步骤：
步骤1、煤岩应力传感器每隔时间T采集矿井内应力信号x1，煤岩地音传感器每隔时间T采集矿井内地音信号x2，煤岩电场传感器每隔时间T采集矿井内电场信号x3，煤岩温度传感器每隔时间T采集矿井内温度信号x4，煤岩瓦斯传感器每隔时间T采集矿井内瓦斯信号x5，并采用信号调理器对上述五个信号进行调理和放大处理，发送至微处理器。
步骤2、微处理器根据当前时刻接收到的x1(n)、x2(n)、x3(n)、x4(n)和x5(n)以及预先存储的x1_r、x2_r、x3_r、x4_r和x5_r，建立如下公式(1)的稳定性函数；
其中，公式(1)中，S(n)为第n时刻的稳定性函数，x1(n)为第n时刻的应力信号，x2(n)为第n时刻的地音信号，x3(n)为第n时刻的电场信号，x4(n)为第n时刻的温度信号，x5(n)为第n时刻的瓦斯信号；x1_r为应力信号参考值、x2_r为地音信号参考值、x3_r为电场信号参考值、x4_r为温度信号参考值、x5_r为瓦斯地音信号参考值；为各信号偏离与其对应信号参考值的程度，αi(n)为第n时刻Hi(n)的加权因子；为第n时刻与第n-1时刻各信号差值偏离与其对应信号参考值的程度，βi(n)为第n时刻Yi(n)的加权因子。
步骤3、根据S(n)和稳定性函数的理论值建立误差函数。
步骤4、并对所述误差函数建立如下约束方程组(2)，并对该约束方程组(2)根据蒙特·卡罗算法求解出使第n时刻误差最小的αi(n)和βi(n)。
其中，E(n)为误差函数，S_r为稳定性函数的理论值，且取值为1。
步骤5、根据第n时刻误差最小的αi(n)和βi(n)求出稳定性函数值，并根据稳定性函数值求解出误差值，根据误差值判定灾害等级。
由于求出出稳定性函数值后，会根据S(n)和稳定性函数的理论值建立的误差函数求出误差值，从而根据误差值判定灾害等级。
步骤6、根据灾害等级与预警信号之间的对应关系，发送预警信号。
其中，该灾害等级包括：第一等级、第二等级和第三等级。
在实际应用中，第一等级对应的低危、第二等级对应的中等危险和第三等级对应的高危。
在本发明中，用第n时刻误差最小的αi(n)和βi(n)求出稳定性函数值时，根据根稳定性函数值和稳定性函数的理论值建立的误差函数判定灾害等级，比如根据根稳定性函数值和稳定性函数的理论值建立的误差函数值为小于等于0.1时，对应的灾害等级为第一等级，第一等级是低危的，此时发送预警信号时，可以发送黄色预警信号，且在该黄色预警中携带上引起低危的动力灾害种类；根据根稳定性函数值和稳定性函数的理论值建立的误差函数值为大于0.1且小于0.6时，对应的灾害等级为第二等级，第一等级是中等危险的，此时发送预警信号时，可以发送橙色预警信号，且在该橙色预警中携带上中等危险的动力灾害种类，根据根稳定性函数值和稳定性函数的理论值建立的误差函数值为大于0.6时，对应的灾害等级为第三等级，第三等级是高危险的，此时发送预警信号时，可以发送红色预警信号，且在该红色预警中携带上高危险的动力灾害种类；其中，动力灾害种类包括应力、地音、温度、电场或者瓦斯。
本发明实施例，稳定性函数的输出偏离参考值的程度来判定模型的稳定性，进而推出井内的安全性，并通过权值预测出不稳定的因素；动态预测井内安全状况，并输出引起危险的因素。
图2是根据一示例性实施例示出的矿山动力灾害一体化预警装置框图。参照图2，该矿山动力灾害一体化预警装置包括：煤岩应力传感器1、煤岩地音传感器2、煤岩电场传感器3、煤岩温度传感器4、煤岩瓦斯传感器5、信号调理器6、微处理器7、键盘8、显示器9和报警器10；该煤岩应力传感器1的输出端、煤岩地音传感器2的输出端、煤岩电场传感器3的输出端、煤岩温度传感器4的输出端、煤岩瓦斯传感器5输出端分别通过信号调理器6连接微处理器7的五路输入端，微处理器7的输入端还与键盘8的输出端连接，微处理器7的一路输出端连接显示器9的输入端，微处理器的另一路输出端连接报警器10的输入端。
本发明实施例中，通过微处理器根据当前时刻接收到的矿井内应力信号、地音信号、电场信号、温度信号以及瓦斯信号，以及预先存储的应力信号参考值、地音信号参考值、电场信号参考值、温度信号参考值以及瓦斯信号参考值，建立相应的稳定性函数，根据稳定性函数和稳定性函数的理论值建立误差函数；并对误差函数建立约束方程组，并对所述约束方程组根据蒙特·卡罗算法求解出使当前时刻误差最小的αi(n)和βi(n)，也即通过上述步骤求解出使当前时刻误差最小的αi(n)和βi(n)可以估计当前时刻的稳定性函数值，用稳定性函数值与稳定性函数的理论值的差值可以判断出该时刻矿井内的安全性，从而达到动态评估矿井内的安全性，且可以通过权值预测出动力灾害类型、做好针对性的解危措施，可及时减少矿山动力灾害引起的安全事故、提高回采巷道的安全性具有重大意义。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.矿山动力灾害一体化预警方法，其特征在于，包括：
步骤1、煤岩应力传感器每隔时间T采集矿井内应力信号x1，煤岩地音传感器每隔时间T采集矿井内地音信号x2，煤岩电场传感器每隔时间T采集矿井内电场信号x3，煤岩温度传感器每隔时间T采集矿井内温度信号x4，煤岩瓦斯传感器每隔时间T采集矿井内瓦斯信号x5，并采用信号调理器对上述五个信号进行调理和放大处理，发送至微处理器；
步骤2、微处理器根据当前时刻接收到的x1(n)、x2(n)、x3(n)、x4(n)和x5(n)以及预先存储的x1_r、x2_r、x3_r、x4_r和x5_r，建立如下公式(1)的稳定性函数；
其中，公式(1)中，S(n)为第n时刻的稳定性函数，x1(n)为第n时刻的应力信号，x2(n)为第n时刻的地音信号，x3(n)为第n时刻的电场信号，x4(n)为第n时刻的温度信号，x5(n)为第n时刻的瓦斯信号；x1_r为应力信号参考值、x2_r为地音信号参考值、x3_r为电场信号参考值、x4_r为温度信号参考值、x5_r为瓦斯地音信号参考值；为各信号偏离与其对应信号参考值的程度，αi(n)为第n时刻Hi(n)的加权因子；为第n时刻与第n-1时刻各信号差值偏离与其对应信号参考值的程度，βi(n)为第n时刻Yi(n)的加权因子；
步骤3、根据稳定性函数S(n)和稳定性函数的理论值建立误差函数；
步骤4、对所述误差函数建立如下约束方程组(2)，并对所述约束方程组(2)根据蒙特·卡罗算法求解出使第n时刻误差最小的αi(n)和βi(n)；
其中，E(n)为误差函数，S_r为稳定性函数的理论值，且取值为1；
步骤5、根据第n时刻误差最小的αi(n)和βi(n)求出稳定性函数值，并根据稳定性函数值和稳定性函数的理论值求解出误差值，根据误差值判定灾害等级；
步骤6、根据灾害等级与预警信号之间的对应关系，发送预警信号。
2.如权利要求1所述的矿山动力灾害一体化预警方法，其特征在于，所述灾害等级包括：第一等级、第二等级和第三等级。
3.矿山动力灾害一体化预警装置，其特征在于，包括：煤岩应力传感器、煤岩地音传感器、煤岩电场传感器、煤岩温度传感器、煤岩瓦斯传感器、信号调理器、微处理器、键盘、显示器和报警器；所述煤岩应力传感器的输出端、所述煤岩地音传感器的输出端、所述煤岩电场传感器的输出端、所述煤岩温度传感器的输出端、所述煤岩瓦斯传感器输出端分别通过信号调理器连接所述微处理器的五路输入端，所述微处理器的输入端还与键盘的输出端连接，所述微处理器的一路输出端连接显示器的输入端，所述微处理器的另一路输出端连接报警器的输入端。
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