[發明專利]一種煤層采動裂隙場瓦斯壓力測定系統

在審

• 申請號: 201711079813.4
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107748825A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 高明忠;張建國;呂有廠;張茹;王滿;張志龍;張澤天
• 申請（專利權）人: 四川大學;平頂山天安煤業股份有限公司;中國平煤神馬能源化工集團有限責任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 夏艷

1.一種煤層采動裂隙場瓦斯壓力測定系統，其特征在于，所述煤層采動裂隙場瓦斯壓力測定系統包括：

采動裂隙瓦斯流動構建模塊，與施壓模塊、采動裂隙瓦斯施壓構建模塊連接，利用紅外和超聲波技術對采動裂隙進行感知構建模型，并將構建模型信息傳送到施壓模塊和采動裂隙瓦斯施壓構建模塊；

施壓模塊，與采動裂隙瓦斯流動構建模塊、位移檢測模塊連接，將采動裂隙瓦斯流動構建模塊的構建模型信息進行收集后，對采動裂隙進行施壓，并將施壓力度與結果傳送到位移檢測模塊；

所述施壓模塊的能量消耗模型，傳感器節點能耗分為發射數據能耗、接收數據能耗和聚合數據能耗，節點到接收點的距離小于閾值d₀，則采用自由空間模型，否則，采用多路徑衰減模型，從而發射比特數據到距離為的接收點的能量消耗如下：

ETX(l,d)=l×Eelec+l×ϵfs×d2d<d0l×Eelec+l×ϵmp×d4d≥d0;]]>

其中E_elec為發射電路能量消耗，ε_fs為自由空間模型下功率放大電路所需能量，ε_mp為多路徑衰減模型下功率放大電路所需能量，接收比特數據能耗：

E_Rx(l)＝l×E_elec；

聚合比特數據的能量消耗：

E_A＝l×E_DA；

其中E_DA表示聚合1比特數據的能量消耗；

所述傳感器節點，用維列向量D＝(d₁,d₂,…,d_n)表示相應節點的測量值，通過計算各個節點數據與中心數據的歐式距離反應不同節點數據與中心數據之間的偏差大小，其中l_i的計算公式為：

li=(di-T)2;]]>

根據歐式距離自適應設定相應的權值大小，距離越大權值越小，距離越小權值越大；

wi=1/(li/Σi=1n1/li);]]>

其中w_i為相應的權值；

位移檢測模塊，與施壓模塊、地層應力計算模塊連接，將施壓力度與結果進行收集，并檢測出施壓后采動裂隙的位移，將數據傳送到地層應力計算模塊；

所述位移檢測模塊的數據預處理方法包括：

步驟一、訓練子集選擇與生成：每一條信息稱為一個訓練樣本，若干訓練樣本組成訓練集；若訓練樣本有k類，k≥2；則依據訓練樣本類別，由兩類樣本組成個訓練子集，訓練子集X_n表示為：

X_n＝{{x_i},{x_j}}；

其中，i,j∈{1,2,…,n}且i≠j,{x_i}和{x_j}分別表示訓練集中第i和第j類樣本的集合；

步驟二、利用訓練子集X_n生成Fisher判別模型y_n＝f_n(x)，步驟如下：

1)求X_n中i，j兩類樣本的均值和

2)求類內散度矩陣S_wn：

Swn=Σx∈{xi}(x-xi‾)(x-xi‾)T+Σx∈{xj}(x-xj‾)(x-xj‾)T;]]>

其中是的轉置矩陣；

3)求類間散度矩陣S_bn：

Sbn=|xi‾-xj‾|;]]>

4)求投影方向W_n：

W_n＝S_wn^-1·S_bn；

5)求Fisher判別閾值w_0n：

w0n=Wn·(xi‾+xj‾);]]>

則得訓練子集X_n對應的判別模型：y_n＝f_n(x)＝W_n·x-w_0n；

6)求出每個訓練子集對應的Fisher判別模型，生成個Fisher分類器，形成分類器組，則分類器組輸出表示為：

y~={y1,y2,...,yn}={f1(x),...,fk(k-1)2(x)};]]>

步驟三、非線性連續型函數映射方法包括：

利用非線性連續函數對分類器組輸出進行映射，令為第n個Fisher分類器輸出的非線性映射且：

其中a(a>0)是為增強算法泛化性能而引入的松弛變量；若Fisher分類器組由k個分類器組成，則為數據預處理結果；

地層應力計算模塊，與位移檢測模塊，開挖損傷分布標記模塊進行連接，通過綜合采動裂隙受力程度與位移程度，計算出地層應力；

開挖損傷分布標記模塊，與地層應力計算模塊、瓦斯滲流壓力計算模塊進行連接，根據地層應力進行地層局部挖掘，并對挖掘面積和位置做出標記；

瓦斯滲流壓力計算模塊，與開挖損傷分布標記模塊、采動裂隙瓦斯壓力構建模塊連接，檢測瓦斯滲流程度，并根據挖掘面積和位置進行計算瓦斯滲流壓力；

采動裂隙瓦斯壓力構建模塊，與采動裂隙瓦斯流動構建模塊、瓦斯滲流壓力計算模塊連接，采動裂隙瓦斯流動建模為基礎，結合瓦斯滲流面積、位置和瓦斯滲流壓力，進行采動裂隙瓦斯壓力建模。