煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术研究进展

围绕拟解决的重大科学问题"煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术",以煤与瓦斯突出、冲击地压等典型煤矿动力灾害为研究对象,鉴于煤矿典型动力灾害诱发机理不清、风险判识不明、监控预警技术不足等现状,开展了冲击地压孕育机理与风险判识及监测预警、煤与瓦斯突出灾变机理及监测预警、煤矿典型动力灾害信号采集传输和智能化分析、煤矿典型动力灾害监控预警系统平台等研究,开发了大尺度、真三维、全封闭自动开挖煤与瓦斯突出物理模拟实验装置,研制了包括光纤光栅微震传感、三轴应力传感、分布式多点激光甲烷检测等在内的动力灾害前兆信息新型感知与多网融合传输传感装置,建立了井下传感器数据的多元海量动态信息的聚合理论与方法,提出了基于漂移特征的潜在煤矿典型动力灾害预测方法与多粒度知识挖掘方法,构建了基于大数据分析和数据挖掘的煤矿动力灾害风险判识和监控预警模型。通过现场实践,表明能实现全面采集人机环参数,且采集传感器具有故障自诊断、响应时间短、标校周期长等优点。监控预警系统稳定运行无故障率达到了99%,抗干扰等级不低于3级,系统监控预警准确率大于90%,实现了煤矿典型动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时预警。     

煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术“十三五”研究进展

冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿典型动力灾害的风险判识和监控预警是煤矿安全生产的重点和难点。在“十三五”期间,针对该问题重点开展了煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警关键技术研究及装备研发工作,建立了开采扰动和多场耦合叠加效应下煤矿动力灾害孕育演化机理和发生发展的新理论,提出了煤矿典型动力灾害多参量前兆信息智能判识理论及预警模型;开发了具有故障自诊断、高灵敏、标校周期长的前兆信息采集传感技术与装备;通过对异构数据融合、自组网、抗干扰等技术研究,提出了矿井关键区域人机环参数全面采集、多元信息共网传输新方法,为煤矿典型动力灾害监控预警系统安全无故障运行提供了技术保障;构建了自动化、信息化、智能化预警平台,平台具备故障自诊断、高灵敏、响应时间短、标校周期长、抗干扰等功能,预警准确率提升到90 % 以上。通过煤矿典型动力灾害监测预警基础研究-关键技术开发-应用示范的有机融合,实现了煤矿重大灾害灾变隐患在线监测、智能判识和实时准确预警。     

煤矿灾害风险预警的方法及模型

通过构建由三违、设备故障、环境参数异常、隐患及事故所构成的煤矿灾害风险记录体系,建立了利于实现多源信息融合及煤矿生产条件动态变化的煤矿灾害风险组合式指标体系。采用控制图与柱状图相结合的方法,可确定煤矿灾害异常风险的时空坐标。提出了由回归模型和GM(1,1)模型构成的灾害风险多模型预测方法,并建立了基于小误差概率—后验差比、相关系数—置信概率的两种预测模型优选策略。根据5类风险记录体系和3种风险预警分析方法,建立了煤矿灾害风险预警的信息流模型,可为煤矿灾害的防治提供一定的指导。     

煤矿动力灾害本源预警方法关键技术与展望

针对制约煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出、突水透水等动力灾害超前准确预警的科学难题和关键技术,提出了煤矿动力灾害本源预警方法和信息系统实现技术。基本思想是,在精准地质建模和采掘空间实时动态更新的基础上,通过数学转化器把煤矿动力灾害发生机制和演化规律的宏观定性描述及其相关的概化模型转化为可以在线计算的数学力学表述模型。实现煤矿动力灾害精准预警的关键技术:(1)通过研发全局全息感知技术,优化部署和安装能够精准采集微震、绝对地应力、矿压、位移、电磁辐射、瓦斯涌出量、瓦斯抽采量、涌水量、水位、水压和水质等传感器,实时监测煤矿动力灾害前兆表象信息;(2)通过研发复杂信息的自动识别器,实现监测数据的分解、滤波、增强、辨识、插补、反漂移和重建等模型和算法,对采集到的各种表象信息进行识别,达到去伪存真、丢弃糟粕,取其精华的目的;(3)通过研究精准转换器,实现从微震、绝对地应力、矿压、位移、电磁辐射、瓦斯涌出量、瓦斯抽采量、涌水量、水位、水压和水质等表象信息到围岩应力和潜能分布、开采扰动的几何形变、瓦斯含量和瓦斯压力分布、富水量和富水压力分布、煤层和围岩的孔隙度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量等与煤矿动力灾害密...     

我国深部开采服役井筒风险分析及监测预警技术研究进展

深地资源开发是我国深地探索的重要方向之一,服役井筒是进入深部地层的必由通道。由于井筒所处岩层及多相地质体分布具有区位差异、服役环境复杂等特征,致使井筒安全服役的风险增高,因此,服役井筒风险分析和监测预警已成为当前亟待解决的问题。在分析井筒风险判识与监测预警技术研究现状和存在问题的基础上,围绕保障井筒安全服役这一最终目标,以多尺度、多灾源协同致灾机理,井筒变形失稳理论,工程风险判识及监测预警技术等为基础,并合理借鉴和吸收其他地下工程动力灾害防控领域的研究成果,提出了多尺度分源监测预警思路,凝练了需要解决的关键科学问题和主要研究方向。针对影响井筒安全服役的应力源、腐蚀源和物性源,对于井筒开裂、腐蚀、偏斜等多源风险灾害,在“区域-采区-井筒-关键截面”尺度下,需要进一步研究的4个关键科学问题为：①开采扰动作用下区域地层应力-能量-物理参数耦合关系及其时空演化规律与多场耦合协同致灾机理;②服役井筒风险灾害多参量前兆信息智能判识与预警理论;③多尺度、多源前兆信息采集与信息集群共网传输技术体系;④服役井筒风险灾害判识方法与预警模型。通过上述4个科学问题的深入研究,有助于实现服役井筒风险在线实时监测、智能判识和准确预警的井筒安全服役状态评价新模式,为我国服役井筒结构安全管理和智能服务提供理论和技术支撑。     

“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警”专题编者按

随着我国煤炭开采深度的不断增加,冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿典型动力灾害日益加剧,且难以准确监测预警。针对这一问题,多年来我国煤炭科技工作者进行了多角度探索和研究,在煤矿典型动力灾害发生机理、风险判识与监测预警方面取得了重要进展。本期第2~10篇论文基于“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术研究”国家重点研发计划项目支持,阐述了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展,提出了冲击地压临界条件及评价方法,分析了煤与瓦斯突出致灾因素及预警指标,展示了煤矿复合动力灾害危险性实时预警平台。针对典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术如构造应力区沿空巷道窄煤柱宽度优化、冲击危险评价的相对应力集中系数叠加法、矿井低频探地雷达天线性能改进、基于激光自稳频技术的分布式多点甲烷检测系统、基于变分模态分解及能量熵的微震信号降噪方法等进行了多角度探索与论述。本期“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警”专题是对该领域科技创新成果与进展的集中展示,希望有益于促进煤矿典型动力灾害监测预警技术进步,提高矿井安全生产水平。     

煤矿复合动力灾害危险性实时预警平台研究与展望

为解决复合动力灾害危险性实时预警的难题,通过研究煤矿复合动力灾害发生机理和发生前兆的关联性,将复合动力灾害发生前兆分为共性和个性两类,并与监测参数类型相对应,提出了针对复合动力灾害危险性的临场预警、中期预警以及远期预警的关键监测参数。复合动力灾害危险性实时预警平台的构成主要包含监测硬件、分析软件及预警方法3个部分,硬件主要指动力灾害监测系统及平台监控室硬件;软件主要指平台采集及分析软件;预警方法指标包括复合动力灾害危险性联合预警方法和单参数与多参数联合预警方法。在河南、山东等存在复合动力灾害的矿井进行了预警试验和基础研究,预警了矿井的复合动力灾害。同时,展望了复合动力灾害危险性实时预警平台的发展趋势。     

采空区非线性动力灾害数字化过程监控及分析

采空区的稳定性监测分析是矿山开采中的一项基础性研究。采空区非线性动力灾害监测的数字化过程监控是实现矿山安全的关键技术之一。本文简单阐述数字化理念并在采空区非线性动力破坏过程的智能过程监控中进行了有效应用     

煤自燃与瓦斯共生灾害演化与预警

煤自燃与瓦斯共生灾害预防和控制已成为煤矿亟待解决的重要课题。为了探讨共生灾害的耦合特征及致灾机理,采用数值模拟等方法研究共生灾害的演化过程,并建立了共生灾害的预警和防治体系架构。结果表明：共生灾害是基于多场时空耦合交织产生的灾害,通风量增加,采空区内漏风量增加,灾害区域向采空区中深部移动;相比“U”型通风系统,“Y”型通风系统可有效防止上隅角瓦斯积聚,灾害区域向采空区中深部移动;基于气体体积分数和温度建立了共生灾害预警模型,并从控瓦斯、控时间、控氧气、控温度等方面提出共生灾害协同防控体系,构建了智能化的共生灾害监控系统框架。     

Risk monitoring and early-warning technology of coal mine production

This article was written according to the secudty information theory and the secudty cybernetics basic principle, for reducing the accident risk effectively and safeguarding the production safety in coal mine. First, each kind of risk characteristic has carried on the earnest analysis to the coal-mining production process. Then it proposed entire wrap technology system of the risk management and the risk monitoring early warning in the coal-mining production process, and developed the application software-coal mine risk monitoring and the early warning system which runs on the local area network. The coal-mining production risk monitoring and early warning technology system includes risk information gathering, risk identification and management, risk information transmission; saving and analysis, early warning prompt of accident risk, safety dynamic monitoring, and safety control countermeasure and so on. The article specifies implementation method and step of this technology system, and introduces application situations in cooperating mine enterprise, e.g. Xiezhuang coal mine. It may supply the risk management and the accident prevention work of each kind of mine reference.     

吉林省煤矿重大灾害联网预警分析技术及预警系统

为了提升吉林省煤监局所辖矿井各种灾害监测的信息化水平,提高监管、监察的及时性、可靠性,研究了一套煤矿重大灾害联网预警分析技术。建立了基于重大灾害特征规律的动态预警模型,将各矿井瓦斯、二氧化碳、火、顶板4大灾害监测系统的数据进行集成和综合分析。介绍了系统建设的技术原理、架构、联网方式、数据集成方式以及模块设计。开发了联网分析预警平台,借助阿里云服务进行发布,实现吉林省主要矿井安全信息的综合管理和集成共享、安全隐患的在线监测和动态识别以及重大灾害信息的分类、分矿井集中展示。研究为煤矿安全监管监察工作提供了有效的辅助工具及手段。     

基于WebGIS的煤矿灾害预警系统的设计

 文章讨论了煤矿灾害预警预报系统的研究现状和存在的问题,并将WebGis的空间信息技术用于煤矿灾害的预警预报系统中,分析建立了煤矿灾害预测评价和预警预报系统的流程,基于多层体系结构,构建了煤矿灾害预警预报系统的体系结构,详细阐述了基于WebGis的煤矿灾害预警预报系统关键技术的设计,开辟了煤矿灾害预警预报方法的新途径。     

煤矿在线智能应急预警系统的研究与应用

根据瓦斯地质异常、采矿应力和瓦斯排放特征,考虑我国煤、瓦斯突出防治技术和矿山规律,结合矿山生产过程、地质资料和多种历史气体动态现象,对多源信息进行综合分析,建立了综合预警指标系统和煤矿模型,确定并建立了煤和瓦斯突出预测的指标模型和系统。此外,利用该模型建立在线综合系统和数据库,进行了瓦斯突出的预测,实现了煤矿工作面爆发危险的实时监测和智能识别。预测系统的应用结果表明,系统软硬件可以保证瓦斯突出的连续稳定预警,预警结果及时且准确,与矿山的实际风险一致。     

煤矿事故隐患监控预警的理论与实践

基于事故因果连锁理论和事故危害金字塔等理论,通过对煤矿事故的统计分析,认为煤矿安全生产事故的背后必然存在着人或物的隐患,而隐患的背后又必然存在着管理缺失或员工基本素质与身心状态等方面的问题.提出了由25个项目构成的监控要素框架,确定了54类1 000多条隐患明细,并以其对煤矿安全生产的影响程度,分别赋予相应的点数,实现了煤矿安全生产状况的动态量化考核;开发了实时监控的计算机信息系统,实现了日、周、月、年的安全工作评价和隐患发生情况的统计查询,并将评价结果作为安全工资考核分配的依据;延伸实时监控体系,实现了班组事故隐患的实时监控;建立了事故隐患实时监控体系,设置了煤矿安全生产红、黄、蓝、绿4级预警功能.     

对矿井通风的预警系统研究

采用B /S模式设计了矿井通风信息的预警系统,对该系统的系统原理、功能模块以及关键技术作了详细的说明,系统将完成数据采集、分析和处理,实现远程监测和故障诊断、告警,具有很强的实际应用价值.     

基于数据挖掘的尾矿库风险预测预警方法研究

尾矿库作为企业安全生产过程中的一项重大危险源,其安全稳定的运行一直受到政府、企业和社会的密切关注。总结目前尾矿库监测的现状,分析其存在不足,结合当前互联网技术和大数据发展的趋势,提出单独监测、集中管理的模式,在收集到的大数据的基础上进行尾矿库风险预测预警分析,并以数据分类和回归分析的方法具体演示部分安全指标的分析过程。结果表明,该方法对尾矿库安全运行风险有一定的预测预警功能,为政府部门和企业对尾矿库安全运行的监管和处置提供重要参考数据。     

煤矿安全生产综合监察监管平台设计与实现

基于收集的西南地区40多对矿井瓦斯监测数据,分析矿井瓦斯浓度数理变化特征,建立了数据驱动的矿井瓦斯异常涌出识别方法与模型。该模型从当前瓦斯浓度、瓦斯突变指数、偏离均值指数、长期不变指数、波动幅度指数、中期上升趋势指数等方面对监测点瓦斯风险进行量化评价;使用单一预警指标对趋势偏离、瓦斯突变等异常进行识别;采用各监测点调和平均数,以采掘工作面为单位,量化区域瓦斯灾害风险趋势。研发了煤矿瓦斯灾害大数据风险分析平台,并应用于现场监管监察,应用结果表明该模型能及时准确判识各矿井瓦斯灾害风险,有效提高监管能效。

     

煤矿安全监控系统自诊断方法研究

为确保煤矿安全监控系统"监控有效、运行可靠",基于相关规程及规定建立了包含设备安装、配置达标、系统运行维护达标、系统异常统计分析和平台运行组件等合规性评判指标体系及准则。在运用开源GIS技术实现矿井安全监控系统巷道布置矢量化的基础上,结合监测数据,确定了各指标评判方法;研发了煤矿安全监控系统自诊断系统,并应用于煤矿,为及时自动甄别监控系统异常提供支撑。