[發明專利]基于環境監測大數據的煤礦安全狀態監測方法

有效

• 申請號: 202110214998.5
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN112901275B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 李存林;鄭彥平
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司 11590
• 代理人: 張玲;王瑩瑩

1.基于環境監測大數據的煤礦安全狀態監測方法，其特征在于：包括以下步驟：

根據煤礦井中煤礦分割情況，將煤礦井劃分為多個深度粒度層，并計算出各深度粒度層中的瓦斯擴散特征；

所述根據煤礦井中煤礦分割情況，將煤礦井劃分為多個深度粒度層的步驟，包括：

獲取煤礦井中煤礦分割情況，以煤礦的分割處為粒度層劃分線，從而將煤礦井劃分為多個基礎深度層：

depth＝{d1,d2,...di}，i＝1,...,n

其中，depth為煤礦井按照深度劃分的基礎深度層集合，di為按照深度從上到下的第i個基礎深度層；假設n個基礎深度層的深度依次為x1,x2,...xn，那么n個基礎深度層的深度均值為：

根據n個基礎層的深度均值，得到n個基礎深度層的理想深度均值：

其中，

根據n個基礎深度層的理想深度均值，得到煤礦井總深度的統計量：

其中，μ²為理想深度方差，有

使用煤礦井總深度的統計量Z修正每個基礎深度層di，使得基礎深度層的深度得以修正，從而將煤礦井劃分為多個深度粒度層：

depth(Z)＝{d1(Z),d2(Z),...di(Z)}，i＝1,...,n；

所述計算出各深度粒度層中的瓦斯擴散特征的步驟，包括：

使用甲烷濃度傳感器在煤礦井中來回運動，以采集每個深度粒度層中瓦斯的濃度，表示為{c1,c2,...ci},i＝1,2,...,n；ci表示第i個深度粒度層中瓦斯的濃度；

根據各個深度粒度層中的瓦斯濃度，將所有深度粒度層中的瓦斯濃度轉換為頻度分布：

將所有深度粒度層中瓦斯濃度的頻度分布p(d1,d2,...,di)向量化后做線性變換，以形成各深度粒度層中的瓦斯擴散特征；

采集風速、風向、溫度，并將監測周期劃分為多個時間粒度層，根據采集的風速、風向，計算并修正各時間粒度層的實際溫度；

所述采集風速、風向、溫度，并將監測周期劃分為多個時間粒度層的步驟，包括：

采集一個監測周期內的風速、風向、溫度，并將該監測周期劃分為多個時間粒度層{t1,t2,...,tn}，將采集的風速按照時間粒度層標記為{a(t1),a(t2),...,a(tn)}，將采集的風向按照時間粒度層標記為{b(t1),b(t2),...,b(tn)}，將采集的溫度按照時間粒度層標記為{c(t1),c(t2),...,c(tn)}；

所述根據采集的風速、風向，計算并修正各時間粒度層的實際溫度的步驟，包括：

根據標記了時間粒度層的風速、風向，將每個時間粒度層作為一個分段，使用修正公式Y(c)＝[Y(a)+Y(b)]ΔY(c)，得到溫度的修正系數：

其中ΔY(ci)為風速和風向對溫度的影響因子，Y(c)為檢測周期內對溫度的修正系數；通過修正系數Y(c)對采集的每個時間粒度層的溫度進行修正：

{Y(c1),Y(c2),...,Y(ci)}

其中i＝1,2,...,n，Y(ci)為第i個時間粒度層的溫度進行修正后的實際溫度；

采集煤礦井中的地質分布特征，并將煤礦井劃分為多個地質粒度層，根據采集的煤礦井中的地質分布特征計算各地質粒度層的松軟度；

所述根據煤礦井中的地質分布特征，將煤礦井劃分為多個地質粒度層的步驟，包括：

測量煤礦井的一端到另一端的距離，記為煤礦井的深度h；使用坡度檢測儀檢測煤礦井的井壁與水平地面的夾角，記為煤礦井的坡度θ；

使用土壤密度測試儀從煤礦井的一端到另一端沿著井壁依次檢測地質的分布特征，從煤礦井的一端開始，當檢測到地質情況有變時，將煤礦井的一端到該地質情況有變的位置的距離記為地質變化深度h1，依此檢測，得到多個hi；

根據煤礦井的坡度θ和地質變化深度hi，得到地質分布特征：

hj＝hisinθ

其中hi表示第i個地質變化深度，hj表示第i個地質變化深度對應的地質粒度層，即第j個地質粒度層；

所述計算各地質粒度層的松軟度的步驟，包括：

使用所述土壤密度測試儀檢測地質分布特征時，同時獲取每個地質粒度層的土質松軟度，形成土質松軟度集合Q(q1,q2,...,qi)；

設置標準土質松軟度δ，將每一個地質粒度層的土質松軟度qi與所述標準土質松軟度δ進行比較；將小于標準土質松軟度δ的地質粒度層qi標記為qi`，則形成地質粒度層的松軟度Q`(qi)；

根據計算出的煤礦井中的瓦斯擴散特征、實際溫度、松軟度，按照安全系數分配對煤礦井進行安全劃分，分別得到每個粒度層的狀態，所述狀態包括危險狀態、預警狀態和安全狀態；

所述根據計算出的煤礦井中的瓦斯擴散特征、實際溫度、松軟度，按照安全系數分配對煤礦井進行安全劃分的步驟，包括：

構建安全指數網絡模型，將安全指數網絡模型的權重設置一個初始值；

將瓦斯擴散特征、實際溫度、地質的松軟度輸入所述安全指數網絡模型中：

其中α、β、γ分別為瓦斯擴散特征、實際溫度、地質的松軟度在安全指數網絡模型中的權重參數；將深度粒度層、時間粒度層、地質粒度層都輸入安全指數網絡模型后，整合為包括時間、深度、地質的粒度層i；

當ξ_i小于0時，則第i個粒度層處于危險狀態；當ξ_i大于0且小于1時，則第i個粒度層處于預警狀態；當ξ_i大于0時，則第i個粒度層處于安全狀態。