一种煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法及系统，该方法包括：获取多个煤岩动力灾害监测系统的监测数据，基于监测数据挖掘出各监测系统中能反映煤岩动力灾害前兆信息的多元特征参量；基于多元特征参量，筛选出每一监测系统中预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值；基于各监测系统的预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值，计算出每一监测系统的综合预警指数和预警效能；基于各监测系统的综合预警指数和预警效能，计算出煤岩动力灾害多系统综合预警结果。本发明专利技术将多个煤岩动力灾害监测系统优势互补，提高了预警准确率并剔除了主观因素的影响，可为矿山灾害防治工作的开展起到一定指导作用。

A multi system and multi parameter integrated early warning method and system for coal and rock dynamic disaster

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法及系统
本专利技术涉及煤岩动力灾害预警
，特别是指一种煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法及系统。
技术介绍
煤岩动力灾害是煤矿主要的灾害类型之一，其破坏性大，严重时导致井巷闭合，大量煤岩体喷出，造成人员伤亡和财产损失。由于煤炭长期开采，现阶段大多数矿井已进入深部开采，伴随而来的是煤岩动力灾害频次、强度和破坏程度均呈上升趋势。煤岩动力灾害成因复杂多变，给监测预警和防治带来挑战。因此，准确高效的监测预警方法成为煤矿提前了解灾害危险，采取防治措施，确保安全生产的主要方法。目前，矿山中对于煤岩动力灾害的实时监测手段主要包括微震监测、地音监测、支架应力监测和电磁辐射监测等，其中微震监测系统主要针对低频高能事件，可实现对高尺度煤岩断裂的时序监测和对破裂源的空间定位，用于大范围区域监测；地音监测系统主要针对高频低能事件，可实现对低尺度煤岩体微破裂的局部监测，传感器监测范围达30m左右；支架应力监测系统主要针对采场顶板来压情况进行监测；电磁辐射监测系统可同时对煤岩体内部应力集中状况和破裂进行监测，监测范围达20m。然而，由于各种装备在监测原理、监测方式和监测范围等方面存在差异，上述多种监测装备一般各自为政、多源监测数据的预警结果可能不一致，导致仪器装备使用效率不高，甚至产生漏报、误报。同时，由于缺乏对各监测系统监测数据的深入挖掘，预警准确率较低，严重影响井下安全生产。
技术实现思路
针对上述现有技术所存在的缺陷，本专利技术提供一种煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法及系统，对各监测系统的监测数据进行深入挖掘分析，并将得到的监测预警信息进行有机融合，构建多系统多参量综合集成监测预警模型，形成预警准则统一、预警指标统一、预警临界值统一的综合集成高可靠性预警方法，提高对煤岩动力灾害危险的预警精度，减少漏报、误报次数，为矿井灾害防治工作的开展起到一定指导作用。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，所述煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法包括：获取多个煤岩动力灾害监测系统的监测数据，基于所述监测数据挖掘出各监测系统中能反映煤岩动力灾害前兆信息的多元特征参量；基于所述多元特征参量，筛选出每一监测系统中预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值；基于各监测系统的预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值，计算出每一监测系统的综合预警指数和预警效能；基于各监测系统的综合预警指数和预警效能，计算出煤岩动力灾害多系统综合预警结果。进一步地，在计算出煤岩动力灾害多系统综合预警结果后，所述方法还包括：将所述煤岩动力灾害多系统综合预警结果与煤岩动力灾害分级预警评判准则相对比，确定动力灾害危险级别。可选地，所述监测系统包括在线监测系统和便携监测系统；其中，所述在线监测系统包括微震监测系统、地音监测系统和液压支架监测系统。可选地，所述监测数据包括所述在线监测系统实时采集得到的连续监测数据和所述便携监测系统采集得到的离散监测数据。可选地，所述多元特征参量的维度包括时间维度、空间维度和强度维度，所述多元特征参量包括：所述微震监测系统中反映时序信息的频次、频次比和频次偏差值；反映空间信息的离散度；反映强度信息的微震能量、微震能量偏差值和离散度；所述地音监测系统中反映强度信息的地音能量、地音能量偏差值、地音能量平均值和脉冲因子；反映时序信息的脉冲；所述液压支架监测系统中反映时序信息的闪烁间隔危险度；反映强度信息的记录频次和支架压力。进一步地，所述筛选出每一监测系统中预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值，包括：将同一监测系统中属于不同维度的特征参量进行两两组合；利用遗传算法训练并优选出每一监测系统中适应度值最高的特征参量组合并计算出其中各特征参量的最优临界值；将各监测系统中适应度值最高的特征参量组合作为该监测系统对应的预警效能最高的特征参量组合。进一步地，在利用遗传算法训练并优选出每一监测系统中适应度值最高的特征参量组合时，对于所述微震监测系统优选出适应度值最高的前两组特征参量组合；对于所述地音监测系统和液压支架监测系统，优选出每一传感器对应的适应度值最高的一组特征参量组合。进一步地，基于各监测系统的预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值，计算出每一监测系统的综合预警指数和预警效能，包括：基于各监测系统的适应度值最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值，根据下式计算出各监测系统的单系统预警程度：其中，对于所述微震监测系统，单系统预警程度为适应度值最高的每一特征参量组合的预警程度，此时Wi表示第i组适应度值最高的特征参量组合的预警程度，ai和bi分别表示第i组适应度值最高的特征参量组合中两个特征参量的实时值，V1和V2分别表示第i组适应度值最高的特征参量组合中各特征参量对应的最优临界值；对于所述地音监测系统和液压支架监测系统，单系统预警程度为各传感器的预警程度，此时Wi表示第i个传感器的预警程度，ai和bi分别表示第i个传感器对应的适应度值最高的特征参量组合中两个特征参量的实时值，V1和V2分别表示第i个传感器对应的适应度值最高的特征参量组合中各特征参量对应的最优临界值；基于各监测系统的单系统预警程度，根据下式计算出各监测系统的综合预警指数W综：其中，对于所述微震监测系统，Ri为第i组适应度值最高的特征参量组合的适应度值；对于所述地音监测系统和液压支架监测系统，Ri为第i个传感器对应的适应度值最高的特征参量组合的适应度值；基于各监测系统的综合预警指数，根据下式计算出每一监测系统的预警效能RI，RI表示第I个监测系统的预警效能：其中，为在监测时间段内产生预警并且报准的次数；N1为监测时间段内大能量或冲击事件的总次数；t0为产生预警占用时长；T0为监测总时长；当监测系统对应的综合预警指数在冲击或大能量事件发生前预设天数内超过预设阈值则预警为报准，否则为漏报或误报。进一步地，所述基于各监测系统的综合预警指数和预警效能，计算出煤岩动力灾害多系统综合预警结果，包括：基于各监测系统的综合预警指数和预警效能，根据下式计算出煤岩动力灾害多系统综合预警结果I综：其中，W综I表示第I个监测系统的综合预警指数，RI表示第I个监测系统的预警效能。相应地，为解决上述问题，本专利技术还提供一种煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警系统，所述煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警系统包括：多元特征参量挖掘模块，用于获取多个煤岩动力灾害监测系统的监测数据，并基于所述监测数据挖掘出各监测系统中能反映煤岩动力灾害前兆信息的多元特征参量；特征参量组合筛选模块，用于基于所述多元特征参量，筛选出每一监测系统中预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值；单系统预警指数及预警效能计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，其特征在于，所述煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法包括：/n获取多个煤岩动力灾害监测系统的监测数据，基于所述监测数据挖掘出各监测系统中能反映煤岩动力灾害前兆信息的多元特征参量；/n基于所述多元特征参量，筛选出每一监测系统中预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值；/n基于各监测系统的预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值，计算出每一监测系统的综合预警指数和预警效能；/n基于各监测系统的综合预警指数和预警效能，计算出煤岩动力灾害多系统综合预警结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，其特征在于，所述煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法包括：
获取多个煤岩动力灾害监测系统的监测数据，基于所述监测数据挖掘出各监测系统中能反映煤岩动力灾害前兆信息的多元特征参量；
基于所述多元特征参量，筛选出每一监测系统中预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值；
基于各监测系统的预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值，计算出每一监测系统的综合预警指数和预警效能；
基于各监测系统的综合预警指数和预警效能，计算出煤岩动力灾害多系统综合预警结果。


2.如权利要求1所述的煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，其特征在于，在计算出煤岩动力灾害多系统综合预警结果后，所述方法还包括：
将所述煤岩动力灾害多系统综合预警结果与煤岩动力灾害分级预警评判准则相对比，确定动力灾害危险级别。


3.如权利要求1所述的煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，其特征在于，所述监测系统包括在线监测系统和便携监测系统；其中，所述在线监测系统包括微震监测系统、地音监测系统和液压支架监测系统。


4.如权利要求3所述的煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，其特征在于，所述监测数据包括所述在线监测系统实时采集得到的连续监测数据和所述便携监测系统采集得到的离散监测数据。


5.如权利要求4所述的煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，其特征在于，所述多元特征参量的维度包括时间维度、空间维度和强度维度，所述多元特征参量包括：
所述微震监测系统中反映时序信息的频次、频次比和频次偏差值；反映空间信息的离散度；反映强度信息的微震能量、微震能量偏差值和离散度；
所述地音监测系统中反映强度信息的地音能量、地音能量偏差值、地音能量平均值和脉冲因子；反映时序信息的脉冲；
所述液压支架监测系统中反映时序信息的闪烁间隔危险度；反映强度信息的记录频次和支架压力。


6.如权利要求5所述的煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，其特征在于，所述筛选出每一监测系统中预警效能最高的特征参量组合及其中各特征参量的最优临界值，包括：
将同一监测系统中属于不同维度的特征参量进行两两组合；
利用遗传算法训练并优选出每一监测系统中适应度值最高的特征参量组合并计算出其中各特征参量的最优临界值；
将各监测系统中适应度值最高的特征参量组合作为该监测系统对应的预警效能最高的特征参量组合。


7.如权利要求6所述的煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，其特征在于，在利用遗传算法训练并优选出每一监测系统中适应度值最高的特征参量组合时，对于所述微震监测系统优选出适应度值最高的前两组特征参量组合；对于所述地音监测系统和液压支架监测系统，优选出每一传感器对应的适应度值最高的一组特征参量组合。


8.如权利要求7所述的煤岩动力灾害多系统多参量集成综合预警方法，其特征在于，所述基于各监...

【专利技术属性】
技术研发人员：何学秋，宋大钊，何生全，李振雷，薛雅荣，王安虎，牟宏伟，
申请(专利权)人：北京科技大学，中安安全工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11