基于声发射特征参数的煤岩动力灾害时空交互判识方法技术

本发明专利技术属于矿井安全监测预警领域，具体涉及一种基于声发射特征参数的煤岩动力灾害时空交互判识方法。声发射预测技术具备实时、动态、非接触、连续预测等特点，且声发射信号中具有灾害发生的前兆信息，现有技术已将声发射预测技术应用到煤岩动力灾害的在线监测中，现有技术虽然实现了连续性监测，但仅仅是在时间维度上进行判识，并未考虑到矿井生产工作面采、掘距离与监测信号间的对应关系，即在空间维度上未进行分析，直接影响判识结果的准确性。本方案结合时间维度与空间维度建立煤岩动力灾害判识方法，提高了判识的准确性，为煤岩动力灾害在线监测的准确预警提供可靠手段，对推动煤矿煤岩动力灾害防治将起到积极的促进作用。煤矿煤岩动力灾害防治将起到积极的促进作用。煤矿煤岩动力灾害防治将起到积极的促进作用。

【技术实现步骤摘要】
基于声发射特征参数的煤岩动力灾害时空交互判识方法


[0001]本专利技术涉及矿井安全监测预警领域，具体涉及一种基于声发射特征参数的煤岩动力灾害时空交互判识方法。

技术介绍

[0002]我国煤矿已逐渐进入深部开采，且随着矿井机械化程度的不断提升，开采规模也越来越大，开采时每次回采和掘进的距离也越来越大，回采或者掘进速度的提升对于矿井生产过程中煤岩动力灾害防控又提出了新的要求。深部开采后，除瓦斯因素外，应力、地质等因素主导或者参与的煤岩动力灾害也越来越凸显。多因素耦合的煤岩动力灾害防治将是矿井进入深部开采后亟需解决的技术问题，因此有效的煤岩动力灾害在线监测预警装备与技术是解决这一技术问题的关键。
[0003]传统的煤岩动力灾害预测方法主要是通过施工钻孔并测定相关预测指标进行判识，这一方法属于非连续性点预测，且不同煤层、不同采深条件下指标敏感性有所差异，这会导致判识准确性存在偏差。而近年来发展的矿井灾害在线监测技术，如瓦斯涌出量监测、应力监测虽然实现了连续性监测，但是在判识方法上主要是基于一定时间间隔的监测数据，结合相关的算法在时间维度上进行判识，即在空间维度上未进行分析，这会直接影响判识结果的准确性。
[0004]声发射预测技术具备实时、动态、非接触、连续预测等特点，且声发射信号中具有灾害发生的前兆信息，在矿井采掘工作面超前安装声发射监测装备并提取出有效信号特征参数，结合时间维度与空间维度建立煤岩动力灾害判识方法，以实现煤岩动力灾害的在线监测与准确预警显得非常重要。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于声发射特征参数的煤岩动力灾害时空交互判识方法，实现工作面作业期间对煤岩动力灾害的超前判识及预测预警功能。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]基于声发射特征参数的煤岩动力灾害时空交互判识方法，包括以下步骤：
[0008]S1：将监测传感器超前于工作面安装，并根据监测传感器的安装位置对工作面划分监测区段；所述工作面包括回采工作面和掘进工作面；依据回采或掘进的距离，建立工作面的监测区段与监测传感器的映射关系；
[0009]S2：将生产矿井一个班次的时间长度作为煤岩动力灾害的判识周期，每个班次结束时对下一班次的煤岩动力灾害危险性进行预测；
[0010]S3：检测煤岩体内部破裂与声发射特征参数之间的敏感性，选取反馈煤岩体内部破裂敏感性最高的声发射特征参数指标作为声发射判识参数；
[0011]S4：从监测传感器采集到的工作面声发射信号提取声发射判识参数有效数值，计算并存储声发射判识参数每1h数据平均值以及每班次的累计值；获取并存储每班次的回采
距离或掘进距离；
[0012]S5：根据步骤S4中提取并存储的声发射判识参数有效数值进行时间维度上的灾害判识：在每个班次结束时计算出用于判识的多个数据的拟合斜率，提取斜率变化率Δk
n
为判识指标，记Δk
n
＝(k
n
‑
k
n
‑1)/k
n
‑1，其中n为班次个数，且满足n≥4；当Δk
n
超过第一预设阈值时，则时间维度上判识结果为危险，否则为安全；
[0013]S6：根据步骤S4中提取并存储的声发射判识参数数值以及班次回采距离或掘进距离，进行空间维度上的灾害判识：提取判识指标Sv为每回采距离或掘进距离为1m时所产生的声发射判识参数累计量，Sv＝LA/d，式中LA为当班次声发射判识参数的累计值，d为当班次的回采距离或掘进距离，且满足d≥0；当Sv超过第二预设阈值时，空间维度上判识结果则为危险，否则为安全；
[0014]S7：若时间维度上的判识结果和空间维度上的判识结果同时为安全，则当班次的煤岩动力灾害判识结果为安全；否则当班次煤岩动力灾害判识结果为危险，并输出预警信号。
[0015]进一步，所述S1步骤中，至少超前回采工作面或者掘进工作面安装两个监测传感器。
[0016]进一步，所述S2步骤中，一个班次的时间长度为8h。
[0017]进一步，所述声发射特征参数指标包括振铃计数、撞击计数、能量、事件数和最大幅值。
[0018]进一步，所述S4步骤中，声发射判识参数有效数值具体为：去除掉干扰信号后，监测传感器采集到的声发射信号。
[0019]进一步，所述S5步骤中，数据拟合斜率k计算过程如下：
[0020]S51：班次结束时调取本班次与过去两个班次中，每1h的声发射判识参数平均值，记为A
i
(i＝1,2,3
…
,24)，其中i为1h平均值数据的个数，A
24
为当班最后1h内计算出的平均值；
[0021]S52：对每1h的均值数据进行累加，记SA
i
＝∑A
i
(i＝1,2,3
…
,24)；
[0022]S53：计算数据拟合斜率k，
[0023]进一步，所述第一预设阈值和所述第二预设阈值的计算方法为：采用多个正常班次判识周期的声发射特征参数作为样本，按照S5的方法计算出样本的Δk
n
平均值为作为第一预设阈值，按照S6的方法计算出样本的Sv平均值作为第二预设阈值，样本个数不低于10个。
[0024]进一步，所述S6步骤中，当d＝0时，空间维度上判识结果为安全。
[0025]本专利技术的有益效果在于：
[0026]通过本技术方案的基于声发射特征参数的煤岩动力灾害时空交互判识方法实现了大数据量条件下灾害前兆信息的有效捕捉与灾害判识，将时间和空间两个维度的判识进行结合，进行时空交互双重判识，相比于现有技术仅从时间维度上进行判识，提高了判识效率和判识准确性。本方案对煤岩动力灾害判识结果为安全的准确率为100％，对判识结果为危险的准确率近85％，实现煤岩动力灾害在线监测的准确预警，能够更大程度地保证工作人员在井下进行掘进和回采等工作的安全，对推动煤矿煤岩动力灾害防治将起到积极的促
进作用。
[0027]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0029]图1为专利技术实施的煤岩动力灾害判识方法流程图；
[0030]图2为回采工作面传感器布置及监测范围划分示意图；
[0031]图3为掘进工作面传感器布置及监测范围划分示意图。
具体实施方式
[0032]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于声发射特征参数的煤岩动力灾害时空交互判识方法，其特征在于，判识方法包括以下步骤：S1：将监测传感器超前于工作面安装，并根据监测传感器的安装位置对工作面划分监测区段；所述工作面包括回采工作面和掘进工作面；依据回采或掘进的距离，建立工作面的监测区段与监测传感器的映射关系；S2：将生产矿井一个班次的时间长度作为煤岩动力灾害的判识周期，每个班次结束时对下一班次的煤岩动力灾害危险性进行预测；S3：检测煤岩体内部破裂与声发射特征参数之间的敏感性，选取反馈煤岩体内部破裂敏感性最高的声发射特征参数指标作为声发射判识参数；S4：从监测传感器采集到的工作面声发射信号提取声发射判识参数有效数值，计算并存储声发射判识参数每1h数据平均值以及每班次的累计值；获取并存储每班次的回采距离或掘进距离；S5：根据步骤S4中提取并存储的声发射判识参数有效数值进行时间维度上的灾害判识：在每个班次结束时计算出用于判识的多个数据的拟合斜率，提取斜率变化率Δk
n
为判识指标，记Δk
n
＝(k
n
‑
k
n
‑1)/k
n
‑1，其中n为班次个数，且满足n≥4；当Δk
n
超过第一预设阈值时，则时间维度上判识结果为危险，否则为安全；S6：根据步骤S4中提取并存储的声发射判识参数数值以及班次回采距离或掘进距离，进行空间维度上的灾害判识：提取判识指标Sv为每回采距离或掘进距离为1m时所产生的声发射判识参数累计量，Sv＝LA/d，式中LA为当班次声发射判识参数的累计值，d为当班次的回采距离或掘进距离，且满足d≥0；当Sv超过第二预设阈值时，空间维度上判识结果则为危险，否则为安全；S7：若时间维度上的判识结果和空间维度上的判识结果同时为安全，则当班次的煤岩动力灾害判识结果为安全；否则当班次煤岩动力灾害判识结果为危险，并输出预警信号。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡杰，吕贵春，赵旭生，韩恩光，张睿，杨娟，刘志伟，冯康武，饶家龙，孙臣，章飞，位乐，张宪尚，李建功，冉永进，王鹏博，车禹恒，周密，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：