一种煤矿瓦斯灾害监控预警系统及方法与流程

本发明属于煤矿安全，具体涉及一种煤矿瓦斯灾害监控预警系统及方法。

背景技术：

1、预测预警是瓦斯灾害防治的首要环节，目前大多矿井采取少数静态指标进行危险性预测，存在着指标单一、时间上非动态、空间上不连续等不足、隐患信息的分析不深入也不够及时等问题，导致预测准确性不高；同时原有的煤矿监测监控系统虽然在一定程度上起到了减少瓦斯事故发生的效果，但总的来说还存在很多不成熟、不完善的地方，监控系统只能对原始数据进行简单的转换、存储、显示和打印，数据资源挖掘、分析深度不够，不能及时发现重大灾害隐患，整个系统的预警功能不强，基本上停留在报警而不是在预警这样的一个水平上；再者，管理不到位是瓦斯事故多发的重要因素，而目前主要依靠人工监管检查粗放式的管理，不能满足管理到位的要求，与精细化、过程化的先进管理理念还有一定差距。因此综合考虑瓦斯灾害众多影响因素，对安全隐患进行全方位实时分析与预警是煤矿瓦斯灾害防治的发展趋势，基于此部分矿井建立了单因素预警系统和综合预警系统，为矿井瓦斯防治提供了重要支撑，但仍然存在瓦斯安全信息监测采集自动化水平不高、预警指标与模型不完善，无法进行联动控制等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种煤矿瓦斯灾害监控预警系统及方法，实现煤矿瓦斯灾害在线监测、实时分析、智能预警与联动控制，为瓦斯灾害防治提供信息化、自动化和智能化手段。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种煤矿瓦斯灾害监控预警系统，包括以下步骤：采集模块、处理模块、预测模块和报警模块；

4、所述采集模块用于实时采集确定瓦斯灾害的原始数据；

5、所述处理模块用于对实时采集的所述原始数据进行处理与风险指标计算；

6、所述预测模块用于根据处理后的所述原始数据与风险指标计算结果进行瓦斯灾害趋势预测；

7、所述报警模块用于根据瓦斯灾害趋势预测结果进行预防报警。

8、优选的，确定瓦斯灾害的原始数据包括：通风巷道风流、采空区或煤层中瓦斯浓度、停风巷道的目标。

9、优选的，所述数据处理模块包括：清洗单元与核算单元；

10、所述清洗单元用于对所述原始数据进行清洗；

11、所述核算单元用于根据清洗后的所述原始数据进行风险指标计算。

12、优选的，所述核算单元包括：通风巷道风流计算单元、采空区或煤层中瓦斯浓度计算单元、停风巷道的目标计算单元；

13、所述通风巷道风流计算单元、所述采空区或煤层中瓦斯浓度计算单元、所述停风巷道的目标计算单元的计算结果组成风险指标。

14、优选的，所述通风巷道风流计算单元包括：无外部扰动的通风管道模型、测压系统和测速系统；

15、所述无外部扰动的通风管道模型用于使测量位置的气流呈稳定充分发展的湍流状态；

16、所述测速系统用于基于湍流状态的气流，获得流场的三维瞬时速度信息；

17、所述测压系统用于基于所述三维瞬时速度信息，获得流场的静压变化。

18、优选的，所述采空区或煤层中瓦斯浓度计算单元包括：分布特性计算单元、测点浓度计算单元、截面浓度分布计算单元、截面浓度矩阵计算单元、截面浓度数据计算单元和总体瓦斯浓度计算单元；

19、所述分布特性计算单元用于利用瓦斯组分测量仪，基于离散网格布点方式，测量固定负荷工况下待测采空区或煤层中截面内瓦斯组分浓度在整个待测采空区或煤层中截面内的离散分布特性；

20、所述测点浓度计算单元用于根据瓦斯组分浓度在待测采空区或煤层中截面内的离散分布特性，结合线性插值理论绘制全截面瓦斯组分浓度分布云图，获得截面上所有的测点浓度数据；

21、所述截面浓度分布计算单元用于基于截面上所有的所述测点浓度数据，计算得到所述截面的截面浓度分布数据；

22、所述截面浓度矩阵计算单元用于基于所述截面浓度分布数据，得到所述截面的截面浓度分布矩阵；

23、所述截面浓度数据计算单元用于基于所述截面浓度分布矩阵，得到所述截面的截面浓度数据；

24、所述总体瓦斯浓度计算单元用于基于所有所述截面的所述截面浓度数据，得到所述采空区或煤层的瓦斯浓度数据。

25、优选的，停风巷道的目标计算单元包括：数据预处理单元和目标评估单元；

26、所述数据预处理单元用于获取停风巷道的目标图像并进行预处理；

27、所述目标评估单元用于将预处理后的所述目标图像输入改进的ssd网络进行评估，获得目标检测结果。

28、优选的，所述预测模块包括：模型构建单元、数据库单元和趋势预测单元；

29、所述模型构建单元用于构建lstm神经网络；

30、所述数据库单元用于储存处理后的所述原始数据与风险指标计算结果；

31、所述趋势预测单元用于根据处理后的所述原始数据与风险指标计算结果对所述lstm神经网络进行训练，基于训练后的所述lstm神经网络进行瓦斯灾害趋势预测。

32、优选的，所述报警模块包括：瓦斯窒息报警模块、瓦斯燃烧报警模块和瓦斯燃烧报警模块；

33、所述瓦斯窒息报警模块、所述瓦斯燃烧报警模块和所述瓦斯燃烧报警模块中任意一种报警模块进行报警后，所述报警模块也同时进行报警；进行报警的报警模块数量越多，所述报警模块进行报警的响应级数越高。

34、本发明还提供了一种煤矿瓦斯灾害监控预警方法，包括以下步骤：

35、实时采集确定瓦斯灾害的原始数据；

36、对实时采集的所述原始数据进行处理与风险指标计算；

37、根据处理后的所述原始数据与风险指标计算结果进行瓦斯灾害趋势预测；

38、根据瓦斯灾害趋势预测结果进行预防报警。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

40、本发明针对瓦斯灾害致因复杂，预测预警自动化水平不高、信息分析不全面、预警准确率不高等问题，实现了瓦斯灾害相关安全信息的自动采集，以及实现了从客观危险性、预防措施缺陷、管理措施缺陷、灾变控制四方面对瓦斯隐患的全面、深入挖掘分析、预警与联动控制，为煤矿瓦斯灾害防治提供了重要的手段。

技术特征：

1.一种煤矿瓦斯灾害监控预警系统，其特征在于，包括以下步骤：采集模块、处理模块、预测模块和报警模块；

2.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯灾害监控预警系统，其特征在于，确定瓦斯灾害的原始数据包括：通风巷道风流、采空区或煤层中瓦斯浓度、停风巷道的目标。

3.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯灾害监控预警系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：清洗单元与核算单元；

4.根据权利要求3所述的煤矿瓦斯灾害监控预警系统，其特征在于，所述核算单元包括：通风巷道风流计算单元、采空区或煤层中瓦斯浓度计算单元、停风巷道的目标计算单元；

5.根据权利要求4所述的煤矿瓦斯灾害监控预警系统，其特征在于，所述通风巷道风流计算单元包括：无外部扰动的通风管道模型、测压系统和测速系统；

6.根据权利要求4所述的煤矿瓦斯灾害监控预警系统，其特征在于，所述采空区或煤层中瓦斯浓度计算单元包括：分布特性计算单元、测点浓度计算单元、截面浓度分布计算单元、截面浓度矩阵计算单元、截面浓度数据计算单元和总体瓦斯浓度计算单元；

7.根据权利要求4所述的煤矿瓦斯灾害监控预警系统，其特征在于，停风巷道的目标计算单元包括：数据预处理单元和目标评估单元；

8.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯灾害监控预警系统，其特征在于，所述预测模块包括：模型构建单元、数据库单元和趋势预测单元；

9.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯灾害监控预警系统，其特征在于，所述报警模块包括：瓦斯窒息报警模块、瓦斯燃烧报警模块和瓦斯燃烧报警模块；

10.一种煤矿瓦斯灾害监控预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种煤矿瓦斯灾害监控预警系统及方法，包括：采集模块、处理模块、预测模块和报警模块；所述采集模块用于实时采集确定瓦斯灾害的原始数据；所述处理模块用于对实时采集的所述原始数据进行处理与风险指标计算；所述预测模块用于根据处理后的所述原始数据与风险指标计算结果进行瓦斯灾害趋势预测；所述报警模块用于根据瓦斯灾害趋势预测结果进行预防报警。本发明实现煤矿瓦斯灾害在线监测、实时分析、智能预警与联动控制，为瓦斯灾害防治提供信息化、自动化和智能化手段。技术研发人员：陈仁华受保护的技术使用者：贵州大方瑞丰煤业有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23