基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法及系统

本申请涉及煤矿瓦斯灾害防治，特别涉及一种基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法及系统。

背景技术：

1、矿井瓦斯灾害一旦发生往往井毁人亡，造成大量的人员伤亡，其破坏性巨大。目前，尽管有一系列的应对措施以抑制煤矿事故的发生，但煤矿瓦斯煤尘爆炸事故、煤与瓦斯突出事故仍然屡见不鲜。频繁发生的瓦斯事故不仅造成大量的人员伤亡，严重影响煤矿安全生产，而且造成极大的不良社会影响。

2、特别是随着煤炭开采深度增加、开采范围扩大、采掘工作面的机械化程度不断提高、开采掘进速度的加快等促使煤矿瓦斯涌出强度逐渐加大，瓦斯问题日趋严峻。而众多的煤矿瓦斯事故显示，瓦斯爆炸及突出事故中绝大多数发生在回采掘进区域。

3、现行的政策已明确指出，鼓励突出矿井进行防突信息系统的建立，实施完善信息化管理；然而，煤矿井下的实际环境较为复杂，监测信号的数据量庞大且不完全精准。对整个采场瓦斯分布规律的认识和处理方式上也存在局限性，比如，在煤层瓦斯基本参数、煤与瓦斯突出鉴定、煤与瓦斯突出效果检验、、瓦斯抽采达标评判等大多以矿井局部有限点实测数据为依据，而煤层瓦斯的空间流动性以及赋存条件的空间差异性，导致完全以有限实测数据指导生产，不可避免的造成空间尺度上数据的不完整性。

4、因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法及系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请提供一种基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法，包括：步骤s101、对煤层瓦斯压力测点的实测瓦斯压力及所述煤层瓦斯压力测点与其对应的瓦斯抽采钻孔之间的抽采最短距离进行拟合，得到第一煤层瓦斯压力回归模型pi(li)＝f(li，a1，a2，…，am)；其中，pi为第i个所述煤层瓦斯压力测点的瓦斯压力；(a1，a2，…，am)为所述第一煤层瓦斯压力回归模型的拟合常数；li为第i个所述煤层瓦斯压力测点与其对应的瓦斯抽采钻孔之间的抽采最短距离；i、m为正整数；步骤s102、对所述第一煤层瓦斯压力回归模型pi(li)＝f(li，a1，a2，…，am)的拟合常数(a1，a2，…，am)与各所述煤层瓦斯压力测点进行瓦斯抽采时的抽采时间进行拟合，得到第二煤层瓦斯压力回归模型pi(li，t)＝f(li，f1(t)，f2(t)，…，fm(t))；步骤s103、基于所述第二煤层瓦斯压力回归模型pi(li，t)＝f(li，f1(t)，f2(t)，…，fm(t))，对煤层空间内任意位置任意时间处的瓦斯压力进行预测。

4、优选的，步骤s101包括：确定第i个所述煤层瓦斯压力测点相对于采掘工作面的空间位置(xi，yi，zi)；其中，i∈n，i、n均为正整数，n为所述煤层瓦斯压力测点的数量；基于第i个所述煤层瓦斯压力测点相对于所述采掘工作面的空间位置(xi，yi，zi)，确定第i个所述煤层瓦斯压力测点与其对应的所述瓦斯抽采钻孔的抽采最短距离li；基于微粒子群算法，对n个所述煤层瓦斯压力测点的实测瓦斯压力与对应的所述抽采最短距离进行拟合，得到所述第一煤层瓦斯压力回归模型。

5、优选的，在步骤s101中，所述确定第i个所述煤层瓦斯压力测点相对于采掘工作面的空间位置(xi，yi，xi)，包括：建立所述采掘工作面的三维空间直角坐标系，并根据第i个所述煤层瓦斯压力测点的终孔位置，确定第i个所述煤层瓦斯压力测点相对于所述采掘工作面的空间位置(xi，yi，zi)。

6、优选的，在步骤s101中，所述基于微粒子群算法，对n个所述煤层瓦斯压力测点的实测瓦斯压力与对应的所述抽采最短距离进行拟合，得到所述第一煤层瓦斯压力回归模型，包括：基于预先确定的残差向量e，确定所述第一煤层瓦斯压力回归模型的拟合常数(a1，a2，…，am)的初始值；其中，所述残差向量为：

7、

8、式中，pi为第i个所述煤层瓦斯压力测点的瓦斯压力；li为第i个所述煤层瓦斯压力测点与其对应的瓦斯抽采钻孔之间的抽采最短距离；i∈n，i、n、m为正整数；n为所述煤层瓦斯压力测点的数量；

9、基于预设目标函数，对所述拟合常数(a1，a2，…，am)的初始值进行优化，得到所述拟合常数(a1，a2，…，am)。

10、优选的，根据预测得到的所述煤层空间内任意位置处的瓦斯压力及其对应的位置参数，基于煤层直角坐标系的空间信息，对煤层钻孔周围的瓦斯压力场进行三维重构。

11、本申请实施例还提供一种基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测系统，包括：第一拟合单元，配置为对煤层瓦斯压力测点的实测瓦斯压力及所述煤层瓦斯压力测点与其对应的瓦斯抽采钻孔之间的抽采最短距离进行拟合，得到第一煤层瓦斯压力回归模型pi(li)＝f(li，a1，a2，…，am)；其中，pi为第i个所述煤层瓦斯压力测点的瓦斯压力；(a1，a2，…，am)为所述第一煤层瓦斯压力回归模型的拟合常数；li为第i个所述煤层瓦斯压力测点与其对应的瓦斯抽采钻孔之间的抽采最短距离；i、m为正整数；

12、第二拟合单元，配置为对所述第一煤层瓦斯压力回归模型pi(li)＝f(li，a1，a2，…，am)的拟合常数(a1，a2，…，am)与各所述煤层瓦斯压力测点进行瓦斯抽采时的抽采时间进行拟合，得到第二煤层瓦斯压力回归模型pi(li，t)＝f(li，f1(t)，f2(t)，…，fm(t))；

13、预测单元，配置为基于所述第二煤层瓦斯压力回归模型pi(li，t)＝f(li，f1(t)，f2(t)，…，fm(t))，对煤层空间内任意位置任意时间处的瓦斯压力进行预测。

14、有益效果：

15、本申请实施例提供的基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法，首先，根据对煤层瓦斯压力测点的实测瓦斯压力及煤层瓦斯压力测点与其对应的瓦斯抽采钻孔之间的抽采最短距离进行拟合，得到煤层瓦斯压力与抽采距离相关的第一煤层瓦斯压力回归模型pi(li)＝f(li，a1，a2，…，am)；然后，对第一煤层压力回归模型pi＝f(li，a1，a2，…，am)的拟合常数(a1，a2，…，am)与各煤层瓦斯压力测点进行瓦斯抽采时的抽采时间进行拟合，得到煤层瓦斯压力与抽采距离、抽采时间相关的第二煤层瓦斯压力回归模型pi(li，t)＝f(li，f1(t)，f2(t)，…，fm(t))；最后，基于第二煤层瓦斯压力回归模型pi(li，t)＝f(li，f1(t)，f2(t)，…，fm(t))，对煤层空间内任意位置、任意时间出的瓦斯压力进行预测。籍以，基于煤矿井下有限瓦斯压力测试数据，结合煤矿瓦斯压力演化规律，将抽采过程中的瓦斯压力回归为抽采位置、抽采时间的回归预测模型，进而，可根据回归预测模型对不同空间、时间的瓦斯压力进行预测，直观感知煤层瓦斯压力空间分布状态。

技术特征：

1.一种基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法，其特征在于，步骤s101包括：

3.根据权利要求2所述的基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法，其特征在于，在步骤s101中，所述确定第i个所述煤层瓦斯压力测点相对于采掘工作面的空间位置(xi，yi，zi)，包括：

4.根据权利要求2所述的基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法，其特征在于，在步骤s101中，所述基于微粒子群算法，对n个所述煤层瓦斯压力测点的实测瓦斯压力与对应的所述抽采最短距离进行拟合，得到所述第一煤层瓦斯压力回归模型，包括：

5.根据权利要求1所述的基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法，其特征在于，步骤s103之后还包括：

6.一种基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测系统，其特征在于，包括：

技术总结本申请涉及煤矿瓦斯灾害防治技术领域，提供了一种基于有限点数据重构瓦斯压力分布的可视化监测方法及系统。该方法包括：对煤层瓦斯压力测点的实测瓦斯压力及煤层瓦斯压力测点与其对应的瓦斯抽采钻孔之间的抽采最短距离进行拟合，得到第一煤层瓦斯压力回归模型；对拟合常数与各煤层瓦斯压力测点进行瓦斯抽采时的抽采时间进行拟合，得到第二煤层瓦斯压力回归模型，以对煤层空间内任意位置任意时间处的瓦斯压力进行预测。籍以，基于煤矿井下有限瓦斯压力测试数据，将抽采过程中的瓦斯压力回归为抽采位置、抽采时间的回归预测模型，进而，可根据回归预测模型对不同空间、时间的瓦斯压力进行预测，直观感知煤层瓦斯压力空间分布状态。技术研发人员：陈月霞,褚廷湘,姜泊宁,朱天儒,张曦受保护的技术使用者：华北科技学院（中国煤矿安全技术培训中心）技术研发日：技术公布日：2024/11/4