区域煤矿瓦斯灾害风险预警数据采集技术研究

以各级煤矿安全监管监察部门、矿业集团公司对辖区内所有煤矿瓦斯灾害风险宏观预警为出发点,指出区域煤矿瓦斯灾害风险预警基础数据具有多源、异构、海量、多维等特征,数据采集存在信息不全面及模式单一、维度固化等问题;将区域煤矿瓦斯灾害风险预警基础数据分为区域内矿井自然环境风险数据、区域内矿井生产系统风险数据、区域内矿井瓦斯防治风险数据、宏观安全环境风险数据4类;介绍了具有结构化特征的煤矿安全监控及瓦斯灾害预警数据、具有半结构化特征的监管监察执法检查数据、具有非结构化特征的煤矿音视频监控数据的采集技术,重点研究了基于.NET Core跨平台Web API的煤矿安全监控及瓦斯灾害预警数据采集技术,以及基于主题网络爬虫的宏观安全环境风险数据采集技术;设计了适用于互联网环境的区域煤矿瓦斯灾害风险预警数据采集系统,现场试验表明,该系统能够全面、可靠、及时地采集区域煤矿瓦斯灾害风险预警基础数据。     

基于监测数据关联分析的瓦斯浓度预警方法

提出了一种基于监测数据关联分析的瓦斯浓度预警方法。以矿井瓦斯监测数据为研究对象,分析其统计特征,利用灰色关联分析方法研究瓦斯监测数据构成的时间序列的内在关联特征,并在此基础上确定基于实时监测数据的瓦斯浓度预警指标及其预警阈值,进而分析瓦斯浓度异常情况,划分预警等级,实现动态、量化预警。实例分析表明该方法对于现场的单一测点瓦斯浓度预警具有较好的适用性,可为煤矿日常安全管理提供有效的决策依据。     

矿山安全态势预测预警研究

基于物联网技术获取矿山安全大数据并加以充分挖掘、利用,有利于实现矿山安全态势预测预警。以瓦斯爆炸事故为例,通过分析事故致因,构建了矿山安全态势评价指标体系,并对各评价指标进行了量化。基于长短期记忆(LSTM)网络和贝叶斯网络构建了矿山安全态势预测模型,根据矿山安全监测数据,通过LSTM得到矿山安全态势评价指标预测值,由贝叶斯网络根据评价指标预测值推理得出矿山安全事故风险概率,实现矿山安全态势预测。基于安全态势预测结果建立了预警机制,根据警情划分4级预警级别及响应部门,制定了相应的预警措施。以某煤矿某次瓦斯爆炸事故为例进行反演,结果表明基于LSTM和贝叶斯网络的矿山安全态势预测结果与实际情况吻合。     

煤矿瓦斯异动预警系统的设计

针对煤矿安全监控系统因无瓦斯变化趋势分析功能,当瓦斯浓度处于较低水平时,即使瓦斯有异常变化也无法及时提醒的问题,设计了一种煤矿瓦斯异动预警系统。该系统采用文件方式和OPC方式接入安全监控系统及综合自动化系统的监测数据;结合矿井实际通风状况,采用固定门限模型、均方差预警模型和分时均方差模型等三种预警模型计算得出测点的预警参考值及预警状态;通过消息客户端、短信等多种方式发布预警信息。实际应用表明,该系统实现了对瓦斯灾害的有效预防,为保证井下作业人员的安全提供了参考依据。     

矿井瓦斯地质智能预警平台的建设与应用

针对煤矿企业瓦斯地质资料缺乏有效管理、瓦斯地质图更新困难及利用率不高的现状,从瓦斯地质预警原理、数据库、平台结构、功能模块、关键技术、预警保障机制等方面介绍了一种矿井瓦斯地质智能预警平台建设方案。该平台采用GIS技术建立瓦斯地质空间数据库,实现了瓦斯地质相关数据的集中、有效管理及瓦斯地质图的自动更新;采用WCF技术实现了跨图形平台的瓦斯地质相关图件的数据共享;以瓦斯地质学理论为指导,形成了一套完整的瓦斯地质预警指标体系,综合分析工作面前方的瓦斯赋存、地质构造、煤层赋存等情况,实现了瓦斯地质的实时超前预警。应用结果表明,该平台各项预警结果与现场实测情况完全一致,效果良好。     

煤与瓦斯突出预警技术研究现状及发展趋势

从煤与瓦斯突出灾害预警理论、预警信息采集途径、预警指标与模型、预警软件系统4个方面对煤与瓦斯突出预警技术的研究成果进行了综合梳理和详细分析,指出了现有煤与瓦斯突出预警技术存在的问题:部分预警信息获取的时效性和可靠性有待进一步提高,预警模型未实现信息有效深度挖掘等;提出了煤与瓦斯突出预警技术的发展趋势:高自动化水平、高精度的突出预警信息监测采集技术及装备研发,基于大数据的突出预警指标与模型研究,基于云技术的突出预警软件系统开发。     

瓦斯地质动态分析及瓦斯涌出实时预警系统

为了防止煤与瓦斯突出事故,提高矿井的安全保障能力,结合新元公司实际情况,建立了瓦斯地质动态分析及瓦斯涌出实时预警系统。在统计和分析该公司矿井瓦斯地质相关资料的基础上,创建了瓦斯地质空间数据库,采用动态分析技术筛选出了影响瓦斯赋存的主控因素,自动绘制了瓦斯参数等值线并划分出突出危险区。对突出危险区内的工作面进行重点关注,考察其瓦斯涌出特征及预警指标,并与瓦斯监测系统无缝连接,实现了非接触式连续预警。     

煤矿安全监控系统与“一通三防”管理的预警联动

针对目前煤矿安全监控系统因人工应急不及时而导致无法很好地发挥其预警作用的问题,探讨了安全监控系统与煤矿"一通三防"管理的预警联动机制,从而实现了对重点区域超前监控、提前预警、过程控制、联动分析、数据搜集等功能。实际应用表明,该预警联动机制能够充分利用煤矿安全监控系统的实时数据采集、分析及反馈功能,及时发现并消除瓦斯事故隐患,对保障矿井安全、提升矿井"一通三防"管理和技术水平、提升矿井防灾抗灾能力发挥了重要作用。     

通风安全动态分析系统研究

针对现有矿井通风管理软件存在图形显示单一、无法实现网络信息传输处理、操作复杂、数据输入繁琐等缺点,提出了一种矿井通风安全动态分析系统软件的设计方案,介绍了该系统的结构组成、功能架构和系统原理。该系统集远程实时监测监控、数据采集、安全预警和决策分析为一体,以煤矿通风瓦斯安全分析、监控系统联机分析以及日常报表、图纸、文档管理为基础资料,可预测大到全矿、小到具体巷道的通风瓦斯涌出分布及波动规律,提高了矿井安全预警能力和事故防范能力。     

煤与瓦斯突出预警方法探讨

给出了煤与瓦斯突出预警的定义,明确指出了突出预警与预测的区别;从空间、时间和指标体系的角度对突出预警进行了分类,并根据突出灾害特点提出了突出预警应该具有的特征;以系统论和事故理论为指导,分析了突出预警系统构成和实现途径,并阐述了从警源监测、警兆识别、警情分析、警度发布和预警响应5个方面进行突出预警的步骤,同时给出了采用预警总准确率、漏报率和虚报率3个指标进行预警效果评价的方法。现场应用结果表明,所提突出预警方法的平均状态预警总准确率为89.1%,平均趋势预警总准确率为92.5%,漏报率为0。     

煤矿瓦斯远程自动监管信息系统的设计与应用

针对现有煤矿瓦斯监管系统不具有自动分析报警和预警功能的问题,提出了一种煤矿瓦斯远程自动监管信息系统的设计方案,详细介绍了系统结构组成、基本功能设计及其在某煤炭集团的应用情况。该系统基于煤矿局域网,集自动化、信息、计算机、网络、通信技术于一体,可对煤矿瓦斯超限进行自动分级报警和预警、自动统计报警次数及原因,实现了无人值守,提高了整个安全生产监控的智能化水平。     

煤矿智能监测与预警技术研究现状与发展趋势

从物联网、大数据、云计算及人工智能方面综述了我国煤矿智能监测与预警技术的研究现状。针对煤矿智能监测技术的实际应用情况,指出了煤矿智能监测与预警存在井下煤矿监测设备前兆信息采集可靠性差、云端平台集成应用融合深度不够、数据库安全性较弱、人工智能技术在煤矿监测中的应用尚不成熟等问题。展望了煤矿智能监测与预警技术的发展趋势:煤矿智能监测系统应用石墨烯/氧化石墨烯光纤传感器可实现多源信息感知,提升前兆信息采集的可靠性;研究多技术深度交叉融合技术,以探究监测数据的深层价值;构建基于区块链技术的煤矿监测数据库,保证数据库不可篡改,且具有较好的读写性能;研发具备自适应和深度学习的煤矿智能安全监测预警系统,实现矿井自动监测、智能预警。     

面向煤炭精准开采的物联网架构及关键技术

在剖析煤矿生产物流系统存在问题的基础上,围绕煤炭精准开采科学构想和矿山物联网发展现状,提出了面向煤炭精准开采的物联网概念及内涵,凝练出其5种关键技术,即多源信息智能感知、多网融合传输、多参量信息分析处理、基于云技术的灾害监控预警、矿井灾害应急救援;指出基于透明地球的煤炭精准开采和基于物联网的智能感知是实现未来无人矿山的两大技术体系,其中精准开采是技术核心,物联网是技术保障;以煤矿动力灾害精准预警物联网为例,阐述了其包含感知层、网络层、应用层和公共技术的体系架构,并介绍了其工程应用,为实现煤炭精准开采科学构想提出了技术路径。     

基于多传感器数据融合技术的瓦斯监测系统

瓦斯灾害是煤矿中最严重的灾害之一。最近几年瓦斯事故发生频繁，瓦斯爆炸夺走了许多矿井工人的生命，给国家造成了重大经济损失。对矿井瓦斯预测预报和对瓦斯进行控制，就能大大地减少瓦斯爆炸事故和矿工的伤亡。为此采用多传感器数据融合方法，对瓦斯、温度、风速等信号数据采样，提取它们特征量，对数据进行数据融合，实现对矿井瓦斯进行实时监测、预测控制，为矿井安全生产提供了有力的保障。并经过实验已取得较好的效果。     

煤矿安全监控系统瓦斯预警结果分析方法

《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》明确提出监控系统应具备瓦斯涌出量预测预警功能,但是没有说明预警结果该如何分析。针对该问题,分析了监控系统瓦斯预警现状和特点,指出目前安全监控系统所涉及的瓦斯预警主要包括瓦斯涌出预警与瓦斯突出预警2个方面,提出利用预警识别率和误报率综合评价瓦斯预警结果的方法。对于瓦斯涌出预警,指出兼顾瓦斯涌出绝对量和瓦斯波动变化态势对预警指标做出必要的权衡,是瓦斯涌出预警必须考虑的重要因素之一。在瓦斯突出预警结果分析中,利用钻屑指标将瓦斯突出危险性划分为安全、威胁和危险3种状态,并按照危险状态阈值的80%设定威胁状态。     

基于瓦斯浓度变化的煤与瓦斯突出预警技术

为实现掘进工作面煤与瓦斯突出的实时、准确和超前预测,提出了一种基于瓦斯浓度变化的煤与瓦斯突出预警方法,通过掘进工作面煤体瓦斯压力反演技术,确定了煤与瓦斯突出临界条件,构建了煤与瓦斯突出预警模型,在此基础上研制了基于瓦斯浓度变化的非接触式煤与瓦斯突出预警系统。应用结果表明,该系统能够实时监测掘进工作面瓦斯浓度变化和风量信息,并提前一个工作班次对煤与瓦斯突出区域进行非接触实时灾害预警。     

高突矿井巷道掘进过程中危险源预警系统的研究

为了对高突矿井巷道掘进过程中可能遇到的突出煤层进行预警,以便及早消除安全隐患,预防灾害的发生,研究了突出煤层的精细地质模型的构建,并通过GIS最短距离分析方法计算巷道掘进头到突出煤层的法距;基于Longruan GIS3.0和煤矿虚拟环境系统VRMine,研究开发了高突矿井巷道掘进过程中危险源预警系统,实现了预警模型的三维可视化以及预警评价,并用新庄孜煤矿的实际数据进行了实例验证。结果表明,高突矿井巷道掘进过程中危险源预警系统可以辅助煤矿安全管理。     

基于概念格的煤矿瓦斯数据融合预警研究

提出了基于概念格的煤矿瓦斯数据融合预警算法.建立了煤矿瓦斯预警的两级数据融合模型,通过对同质多传感器数据的加权数据融合处理,使检测同一目标的多个数据融合为一个精确的、可靠的数据,减少了通信网络中的数据流量.经过数据级融合的异质多传感器数据描述了导致瓦斯事故的各种因素,利用概念格理论对异质多传感器的历史监测数据进行分析,形成预测煤矿瓦斯安全状态的决策规则.使用该预警系统可以动态监测井下瓦斯安全状况,提高瓦斯事故预警的准确性,为煤矿安全生产提供支持.     

基于MC-AHP-FCE系统对瓦斯灾害的预警评估

为了提高瓦斯灾害危险预警评估系统的可靠性,减小结果的误差,提出利用蒙特卡罗法(MC)对传统的层次分析(AHP)进行优化。大量随机数模拟定权代替专家定权,避免了人为因素的干扰,再利用所得的各级间已知的且确定的权重进行综合定量评价,消除了传统模糊综合评价(FCE)的模糊性。应用该方法对山西伯方矿瓦斯灾害危险性进行评估,得出各区域的评估分值并划分其危险性等级,知该矿由东南向西北的危险性逐渐加重,对生产有指导意义。MC-AHP-FCE法较传统模糊综合评价,相关性更好,误差更小,更能反映实际煤矿瓦斯灾害危险性,同时也降低了成本,值得推广。     

矿井瓦斯预测预警的云计算模式研究

基于云计算基本原理,研究矿井瓦斯预测预警的云计算应用模式,详细介绍了云计算模式的基础架构、计算分析模型及其预警分析流程。应用实例表明,将云计算模式应用于矿井瓦斯预测预警是可行的。