CN116181416A - 一种冲击地压多参量超前预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冲击地压多参量超前预警系统及方法,涉及灾害预测系统技术领域,所述预警方法包括以下步骤:地下煤矿开采时,预警系统运行,采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数;通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号;在预警系统运行过程中,预警系统实时获取与自身稳定状态相关的参数来构建评估指数,通过评估指数实时调节预警阈值;当评估指数大于评估阈值时,发出二级预警信号。本发明通过分析多源数据进行超前预警,预警效果好,并且,预警系统运行过程中具有自检功能,有效保证预警精度,提高预警系统的监测性能。
Description
技术领域
本发明涉及灾害预测系统技术领域,具体涉及一种冲击地压多参量超前预警系统及方法。
背景技术
煤矿冲击地压是煤矿采掘中常见的一种灾害,为了减少煤矿冲击地压灾害对煤炭生产的危害,需要提高对其的预测和预警能力,目前煤矿冲击地压的预测和预警技术主要依靠传统的地质勘探、采掘参数监测和地面观测等手段,这些方法存在着预测难度大、预警响应时间慢、准确度低等问题;
针对传统方法的不足,近年来,多参量超前预警系统逐渐应用于煤矿冲击地压预测和预警领域,多参量超前预警系统是指利用先进的仪器设备,通过多个参数的实时监测、分析和处理,从而预测煤矿冲击地压的发生时间和地点,并提前采取措施避免或减轻其危害,多参量超前预警系统主要包括传感器、数据采集系统、数据传输系统、数据处理与分析系统和预警系统等组成部分。
现有技术存在以下不足:
为了保障地下煤矿的施工安全,预警系统需要超前预警,然而,由于预警系统主要包括传感器、数据采集系统、数据传输系统、数据处理与分析系统和预警系统等部分组成,且现有的预警系统无自检功能,随着使用时间的增加,预警系统的软硬件性能会随之下降,导致预警系统的监测精度降低,进而达不到超前预警的效果,无法保障地下煤矿的施工安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种冲击地压多参量超前预警系统及方法,以解决背景技术中不足。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种冲击地压多参量超前预警方法,所述预警方法包括以下步骤:
S1:地下煤矿开采时,预警系统运行,采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数;
S2:通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号;
S3:在预警系统运行过程中,预警系统实时获取与自身稳定状态相关的参数来构建评估指数,通过评估指数实时调节预警阈值;
S4:当评估指数大于评估阈值时,发出二级预警信号;
S5:管理端接收一级预警信号、二级预警信号后,生成相应管理方案,并将管理方案发送至相应管理人员。
在一个优选的实施方式中,步骤S1中,建立预警系数包括以下步骤:
采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,多项参数包括煤层参数以及环境参数,煤层参数包括地压变化量、地震振动,环境参数包括瓦斯浓度、温度以及湿度,将煤层参数以及环境参数通过公式建立预警系数,表达式为:;式中,/>为预警系数,/>为瓦斯浓度,/>为温度,/>为湿度,/>为地压变化量,/>为地震振动,为环境参数,/>为煤层参数,/>分别为环境参数以及煤层参数的比例系数,且/>。
在一个优选的实施方式中,步骤S2还包括以下步骤:
在一个优选的实施方式中,所述预警系统的流程包括采集数据、处理数据、传输数据以及分析数据,分别为不同的流程设定不同的阈值,当某一流程中的实时参数超过阈值时,标记为异常状态。
在一个优选的实施方式中,所有流程中的异常状态设置为集合,各个异常状态分别表示为/>,n为涉及异常状态的个数,通过Logistic回归分析方法计算获取评估指数,表达式为:/>;式中,/>为评估指数,/>为常数项,/>取值为1.268,/>为变量,/>为各个变量的回归系数,且回归系数/>;
为常数项,且/>具体含义为:本申请中所采集的异常状态为代表性的异常状态(如传感设备的电压波动率过大以及数据传输过程中网络受到的干扰度大),这些异常状态对预警系统预警精度的影响大,但是,本申请在实际的使用过程中,还存在其它不具有代表性的细微影响因素(如电压波动率增加但未超过电压波动阈值)也会对预警系统预警精度造成微小的影响,因此,通过设定常数项/>对Logistic回归分析方法进行修正,当具有代表性的异常状态不存在时,通过常数项/>确定评估指数/>。
本发明还提供一种冲击地压多参量超前预警系统,包括采集模块、计算模块、对比模块、自检模块、预警模块以及管理模块;
采集模块实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,并将多项参数信息发送至计算模块,计算模块将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数,并将预警系数信息发送至预警模块,预警系统运行过程中,自检模块实时获取与自身稳定状态相关的参数来构建评估指数,通过评估指数实时调节预警阈值,并将评估指数信息发送至预警模块,预警模块通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号,当评估指数大于评估阈值时,发出二级预警信号,并将一级预警信号以及二级预警信号发送至管理模,管理模块接收一级预警信号、二级预警信号后,生成相应管理方案,并将管理方案发送至相应管理人员。
在上述技术方案中,本发明提供的技术效果和优点:
本发明通过采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数,并通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号,在地下煤矿开采时,通过分析多源数据进行超前预警,预警效果好,并且,预警系统运行过程中具有自检功能,有效保证预警精度,提高预警系统的监测性能;
本发明通过实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,多项参数包括煤层参数以及环境参数,煤层参数包括地压变化量、地震振动,环境参数包括瓦斯浓度、温度以及湿度,将煤层参数以及环境参数通过公式建立预警系数,通过对多参数进行实时测量后综合处理建立预警系数,有利于提高数据的处理效率;
本发明通过为不同流程设定不同的阈值,当某一流程中的实时参数超过阈值时,标记为异常状态,并对所有流程中的异常状态进行回归分析后获取评估指数,然后通过评估指数重新调节预警阈值,保障预警系统的超前预警效果,并在评估指数大于评估阈值时发出二级预警信号进行相应管理,大大提高了煤炭区域的施工安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例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中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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作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。
实施例1
请参阅图1所示,本实施例所述一种冲击地压多参量超前预警方法,所述预警方法包括以下步骤:
地下煤矿开采时,预警系统运行,采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数,并通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号,在预警系统运行过程中,预警系统实时获取与自身稳定状态相关的参数来构建评估指数,通过评估指数实时调节预警阈值,并在评估指数大于评估阈值时,发出二级预警信号,管理端接收一级预警信号、二级预警信号后,生成相应管理方案,并将管理方案发送至相应管理人员。
本申请通过采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数,并通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号,在地下煤矿开采时,通过分析多源数据进行超前预警,预警效果好,并且,预警系统运行过程中具有自检功能,有效保证预警精度,提高预警系统的监测性能。
本实施例中,预警系统运行,采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数,并通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号;
其中:
预警系统运行,采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数包括以下步骤:
采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,多项参数包括煤层参数以及环境参数,煤层参数包括地压变化量、地震振动,环境参数包括瓦斯浓度、温度以及湿度,将煤层参数以及环境参数通过公式建立预警系数,表达式为:
本实施例中,瓦斯浓度通过瓦斯检测仪在线监测,瓦斯检测仪安装在井下的瓦斯管道中,可以实时监测瓦斯浓度,瓦斯检测仪根据检测原理的不同,可以分为多种类型,如红外线型、电化学型、半导体型等,其中,红外线型检测仪是目前广泛应用的一种瓦斯检测仪,它利用红外线吸收光谱分析原理,通过测量瓦斯分子对红外线的吸收来判断瓦斯浓度,电化学型检测仪则是利用化学反应原理来检测瓦斯浓度的,它们使用电极检测器来测量气体中的电离物种的浓度,然后将这些浓度转化为瓦斯浓度,本申请预警系统优先红外线型检测仪监测瓦斯浓度。
温度和湿度通过设置在矿洞内的温湿度传感设备实时监测;地压变化量通过地压监测仪在线监测,地压监测仪安装在煤层或煤体上,可以实时监测煤层或煤体的压力变化;地震振动通过地震监测仪在线监测,地震监测仪安装在煤矿的地下或地表,可以实时监测地震信号。
管理端接收一级预警信号后,生成相应管理方案,并将管理方案发送至相应管理人员;
其中,接收一级预警信号后,生成相应管理方案,管理方案为:控制地下、地上警报设备运行,警报设备接收控制指令后,发出声光警报提示,并向管理人员发送一级预警信息,管理人员接收一级预警信息后,需要及时疏散位于煤矿区域内部的所有人员。
本申请通过实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,多项参数包括煤层参数以及环境参数,煤层参数包括地压变化量、地震振动,环境参数包括瓦斯浓度、温度以及湿度,将煤层参数以及环境参数通过公式建立预警系数,通过对多参数进行实时测量后综合处理建立预警系数,有利于提高数据的处理效率,并依据预警系数与预警阈值/>的对比结果超前预警,保证煤矿区域的安全施工。
实施例2
上述实施例1中,在预警系统运行过程中,预警系统实时获取与自身稳定状态相关的参数来构建评估指数,通过评估指数实时调节预警阈值,并在评估指数大于评估阈值时,发出二级预警信号,管理端接收一级预警信号、二级预警信号后,生成相应管理方案,并将管理方案发送至相应管理人员。
其中:
预警系统实时获取与自身稳定状态相关的参数来构建评估指数包括以下步骤:
由于预警系统主要的流程为采集数据、处理数据、传输数据以及分析数据等等(不同的预警系统的流程不一,本申请主要列举一种常见的预警系统流程),不同的流程中,会相应的出现一些异常状态,在采集数据中出现异常状态时,可能导致数据采集出错;在处理数据中出现异常状态时,可能导致数据无法计算;在传输数据中出现异常状态时,可能导致数据丢失或损坏;在分析数据中出现异常状态时,可能导致分析错误;
本实施例中,不同的流程中,会相应的出现一些异常状态,异常状态的获取方式为:为不同流程设定不同的阈值,当某一流程中的实时参数超过阈值时,标记为异常状态(例如,传感设备采集参数时,电压发生波动会影响传感设备的参数采集精度,因此,为传感设备设置电压波动阈值,当传感设备的实时电压波动率超过电压波动阈值时,标记为异常状态)。
具体的,为常数项,且/>具体含义为:本申请中所采集的异常状态为代表性的异常状态(如传感设备的电压波动率过大以及数据传输过程中网络受到的干扰度大),这些异常状态对预警系统预警精度的影响大,但是,本申请在实际的使用过程中,还存在其它不具有代表性的细微影响因素(如电压波动率增加但未超过电压波动阈值)也会对预警系统预警精度造成微小的影响,因此,通过设定常数项/>对Logistic回归分析方法进行修正,当具有代表性的异常状态不存在时,通过常数项/>确定评估指数/>。
本发明使用时评估指数的逻辑组成:以异常状态对煤层参数和环境参数的影响为例,一是指标,即导致预警系统采集煤层参数和环境参数改变的因素;二是这些指标的权重,即每一种异常状态产生时所占的比重;三是运算方程式,即通过什么样的数学运算过程得出结果,将具有各自权重的指标通过运算方程式的运算所得出的评估指数/>。
对样本中获取的异常状态进行数据转化和处理,转化成电脑软件可以识别的数据语言;其次,将这些评估因素运用SPSS软件进行Logistic回归分析,筛选出与结果具有重要相关性的因素及其权重;再次,将评估因素和权重带入Logistic回归方程进行运算,从而得出结果。
管理端接收一级预警信号后,生成相应管理方案,并将管理方案发送至相应管理人员;
其中,接收一级预警信号后,生成相应管理方案,管理方案为:控制地下、地上警报设备运行,警报设备接收控制指令后,发出声光警报提示,并向管理人员发送一级预警信息,管理人员接收一级预警信息后,需要及时疏散位于煤矿区域内部的所有人员。
其中,接收二级预警信号后,生成相应管理方案,管理方案为:管理端生成检修信号以及管理信号,检修信号发送至预警系统维护人员,管理信号发送至管理人员,当预警系统不能够支持运行时,煤炭区域继续施工的安全得不到保障,管理人员需要疏散煤炭区域所有人员,待预警系统检修恢复运行后,才能继续施工。
本申请通过为不同流程设定不同的阈值,当某一流程中的实时参数超过阈值时,标记为异常状态,并对所有流程中的异常状态进行回归分析后获取评估指数,然后通过评估指数重新调节预警阈值,保障预警系统的超前预警效果,并在评估指数大于评估阈值时发出二级预警信号进行相应管理,大大提高了煤炭区域的施工安全性。
实施例3
本实施例所述一种冲击地压多参量超前预警系统,包括采集模块、计算模块、对比模块、自检模块、预警模块以及管理模块;
其中:
采集模块:用于实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,并将多项参数信息发送至计算模块;
计算模块:将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数,并将预警系数信息发送至预警模块;
自检模块:预警系统运行过程中,实时获取与自身稳定状态相关的参数来构建评估指数,通过评估指数实时调节预警阈值,并将评估指数信息发送至预警模块;
预警模块:通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号,当评估指数大于评估阈值时,发出二级预警信号,并将一级预警信号以及二级预警信号发送至管理模块;
管理模块:接收一级预警信号、二级预警信号后,生成相应管理方案,并将管理方案发送至相应管理人员。
上述公式均是去量纲取其数值计算,公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式,公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
上述实施例,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时,上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时,全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
应理解,本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况,其中A,B可以是单数或者复数。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系,但也可能表示的是一种“和/或”的关系,具体可参考前后文进行理解。
本申请中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b,或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,a-b,a-c,b-c,或a-b-c,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
应理解,在本申请的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory,ROM)、随机存取存储器(random access memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种冲击地压多参量超前预警方法,其特征在于:所述预警方法包括以下步骤:
S1:地下煤矿开采时,预警系统运行,采集端实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数;
S2:通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号;
S3:在预警系统运行过程中,预警系统实时获取与自身稳定状态相关的参数来构建评估指数,通过评估指数实时调节预警阈值;
S4:当评估指数大于评估阈值时,发出二级预警信号;
S5:管理端接收一级预警信号、二级预警信号后,生成相应管理方案,并将管理方案发送至相应管理人员。
4.根据权利要求3所述的一种冲击地压多参量超前预警方法,其特征在于:所述预警系统的流程包括采集数据、处理数据、传输数据以及分析数据,分别为不同的流程设定不同的阈值,当某一流程中的实时参数超过阈值时,标记为异常状态。
9.一种冲击地压多参量超前预警系统,用于实现权利要求1-8任一项所述的预警方法,其特征在于:包括采集模块、计算模块、对比模块、自检模块、预警模块以及管理模块;
采集模块实时采集煤矿冲击地压相关的多项参数,并将多项参数信息发送至计算模块,计算模块将多项参数处理后通过公式综合计算建立预警系数,并将预警系数信息发送至预警模块,预警系统运行过程中,自检模块实时获取与自身稳定状态相关的参数来构建评估指数,通过评估指数实时调节预警阈值,并将评估指数信息发送至预警模块,预警模块通过预警系数与预警阈值的对比结果判断是否需要发出一级预警信号,当评估指数大于评估阈值时,发出二级预警信号,并将一级预警信号以及二级预警信号发送至管理模,管理模块接收一级预警信号、二级预警信号后,生成相应管理方案,并将管理方案发送至相应管理人员。
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