一种用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统，包括：采集模块、处理模块、预测模块与报警模块；所述采集模块用于实时采集巷道的瓦斯浓度数据；所述处理模块用于对实时采集的所述瓦斯浓度数据进行处理与瓦斯抽采后巷道的残余瓦斯含量计算；所述预测模块用于根据处理后的所述瓦斯浓度数据与残余瓦斯含量计算结果进行瓦斯浓度趋势预测；所述报警模块用于根据瓦斯浓度趋势预测结果进行预防报警。本发明专利技术能实现煤矿井下回采工作面巷道的瓦斯灾害预警功能。道的瓦斯灾害预警功能。道的瓦斯灾害预警功能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统


[0001]本专利技术属于煤矿安全监测与监控
，具体涉及一种用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统。

技术介绍

[0002]煤矿井下回采工作面瓦斯涌出量是进行煤矿瓦斯等级鉴定的重要指标，同时也是煤矿日常生产过程中针对性的进行瓦斯灾害预防、治理的重要依据之一。准确测定煤矿井下巷道各断面的瓦斯流量是准确鉴定矿井瓦斯等级、制定合理有效的矿井瓦斯防治方案、实现煤矿安全高效生产的基础。
[0003]目前对于瓦斯浓度达到报警界限值之前就可提前预警的方法仍然不多，因此利用安全监测监控系统监测到的数据进行充分地挖掘及分析，可以为瓦斯灾害安全预警奠定基础，使瓦斯灾害预警从灾后向灾前转移，这对于提高煤矿安全生产具有重大意义。但是煤矿瓦斯监测数据量大，各瓦斯传感器间逻辑性复杂，如何准确地在海量数据中提取有效信息从而进行统计分析及关联分析，以实现瓦斯灾害的提前预警显得非常重要，同时准确、快速的使用数据，提取有效信息也是智能化矿山、数字化矿山建设的要求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统，能实现煤矿井下巷道断面的瓦斯灾害预警功能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统，包括：采集模块、处理模块、预测模块与报警模块；
[0007]所述采集模块用于实时采集巷道的瓦斯浓度数据；
[0008]所述处理模块用于对实时采集的所述瓦斯浓度数据进行处理与瓦斯抽采后巷道的残余瓦斯含量计算；
[0009]所述预测模块用于根据处理后的所述瓦斯浓度数据与残余瓦斯含量计算结果进行瓦斯浓度趋势预测；
[0010]所述报警模块用于根据瓦斯浓度趋势预测结果进行预防报警。
[0011]优选的，所述采集模块包括：巷道断面选择单元、测定点选择单元、测点浓度采集单元、巷道断面浓度分布计算单元、巷道断面浓度分布矩阵单元、巷道断面浓度数据计算单元和巷道瓦斯浓度数据计算单元；
[0012]所述巷道断面选择单元用于选择井下巷道内的若干个断面，所述断面用于断面级的瓦斯浓度测定；
[0013]所述测定点选择单元用于在每一个所述断面上选择若干个测定点，所述测定点用于测点级的瓦斯浓度测定；
[0014]所述测点浓度采集单元用于采集每一个所述断面中所有的所述测定点的瓦斯浓
度，得到每个所述测定点的测点瓦斯浓度数据；
[0015]所述巷道断面浓度分布计算单元用于基于每一个所述断面上所有的所述测点瓦斯浓度数据，计算得到所述巷道断面的断面瓦斯浓度分布数据；
[0016]所述巷道断面浓度分布矩阵单元用于基于每一个所述断面瓦斯浓度分布数据，得到所述断面的断面瓦斯浓度分布矩阵；
[0017]所述巷道断面浓度数据计算单元用于基于每一个所述断面瓦斯浓度分布矩阵，得到所述断面的断面瓦斯浓度数据；
[0018]所述巷道断面瓦斯浓度数据计算单元用于基于所有所述断面的所述断面瓦斯浓度数据，得到所述巷道的巷道瓦斯浓度数据。
[0019]优选的，所述处理模块包括：清洗单元和计算单元；
[0020]所述清洗单元用于对所述瓦斯浓度数据进行清洗；
[0021]所述计算单元用于根据清洗后的所述瓦斯浓度数据进行残余瓦斯含量计算。
[0022]优选的，对所述瓦斯浓度数据进行清洗的方式包括：去除重复项和剔除异常值，使用线性插值的方法补充缺失值，以及将数据的时间分辨率统一处理。优选的，根据清洗后的所述瓦斯浓度数据进行残余瓦斯含量的计算方式为：
[0023]根据清洗后的所述瓦斯浓度数据计算巷道抽采瓦斯流量；
[0024]基于所述巷道抽采瓦斯流量，计算巷道内残余瓦斯含量；
[0025]其中，巷道抽采瓦斯流量的计算公式为：Q
纯
＝Q
混
·
C，Q
混
为巷道标准状态下混合瓦斯流量，Q
纯
为巷道标准状态下纯瓦斯流量，K1为孔板实际流量特性系数，P为孔板进气端绝对静压力，h为孔板前、后端测点之压差，C—巷道内瓦斯浓度；
[0026]巷道内残余瓦斯含量的计算公式为：W
cr
为巷道的残余瓦斯含量，W0为巷道的原始瓦斯含量，Q
纯
为巷道内钻孔抽排瓦斯总量，G为巷道内参与计算煤炭储量。
[0027]优选的，所述预测模块包括：模型构建单元、数据库与趋势预测单元；
[0028]所述模型构建单元用于构建LSTM神经网络；
[0029]所述数据库用于储存清洗后的所述瓦斯浓度数据；
[0030]所述趋势预测单元用于根据清洗后的所述瓦斯浓度数据对所述LSTM神经网络进行训练，基于训练后的所述LSTM神经网络进行瓦斯浓度趋势预测。
[0031]优选的，所述LSTM神经网络包括：输入层、隐藏层与输出层；
[0032]所述输入层用于输入清洗后的所述瓦斯浓度数据，并按照时间顺序进行排序；
[0033]所述隐藏层用于迭代学习时间序列数据的短程和长程语义特征；
[0034]所述输出层用于输出预测结果；
[0035]所述LSTM神经网络还包括LSTM网络参数；
[0036]所述LSTM网络参数包括学习率、迭代次数与stepsize。
[0037]优选的，所述趋势预测单元为瓦斯浓度趋势预测模型，所述瓦斯浓度趋势预测模型用于进行趋势预测包括：进行短期趋势预测、进行中期趋势预测与进行长期趋势预测。
[0038]优选的，所述瓦斯浓度趋势预测模型进行趋势预测后，将预测结果实时传递给所
述报警模块中，若预测结果与预设阈值存在偏差，则报警模块进行报警。
[0039]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0040]本专利技术提供了一种用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统，具有以下方面的优点：实现了对瓦斯监测数据的统计分析，为瓦斯异常预警确立了基本指标；实现了通过对瓦斯浓度的增幅值进行监控和预警，来判定瓦斯浓度是否异常，提高了瓦斯风险预警的科学性和完整性，不需要通过人工分析浓度变化曲线，降低人工工作量和漏检的风险，实现大数据情况下的智能预警功能，提高灾害判识准确性及判识效率。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1为本专利技术实施例中的一种用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统整体框架图。
具体实施方式
[0043]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统，其特征在于，包括：采集模块、处理模块、预测模块与报警模块；所述采集模块用于实时采集巷道的瓦斯浓度数据；所述处理模块用于对实时采集的所述瓦斯浓度数据进行处理与瓦斯抽采后巷道的残余瓦斯含量计算；所述预测模块用于根据处理后的所述瓦斯浓度数据与残余瓦斯含量计算结果进行瓦斯浓度趋势预测；所述报警模块用于根据瓦斯浓度趋势预测结果进行预防报警。2.根据权利要求1所述的用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统，其特征在于，所述采集模块包括：巷道断面选择单元、测定点选择单元、测点浓度采集单元、巷道断面浓度分布计算单元、巷道断面浓度分布矩阵单元、巷道断面浓度数据计算单元和巷道瓦斯浓度数据计算单元；所述巷道断面选择单元用于选择井下巷道内的若干个断面，所述断面用于断面级的瓦斯浓度测定；所述测定点选择单元用于在每一个所述巷道断面上选择若干个测定点，所述测定点用于测点级的瓦斯浓度测定；所述测点浓度采集单元用于采集每一个所述巷道断面中所有的所述测定点的瓦斯浓度，得到每个所述测定点的测点瓦斯浓度数据；所述巷道断面浓度分布计算单元用于基于每一个所述巷道断面上所有的所述测点瓦斯浓度数据，计算得到所述巷道断面的断面瓦斯浓度分布数据；所述巷道断面浓度分布矩阵单元用于基于每一个所述巷道断面瓦斯浓度分布数据，得到所述巷道断面的断面瓦斯浓度分布矩阵；所述巷道断面浓度数据计算单元用于基于每一个所述巷道断面瓦斯浓度分布矩阵，得到所述巷道断面的断面瓦斯浓度数据；所述巷道瓦斯浓度数据计算单元用于基于所有所述巷道断面的所述断面瓦斯浓度数据，得到所述巷道的巷道瓦斯浓度数据。3.根据权利要求1所述的用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统，其特征在于，所述处理模块包括：清洗单元和计算单元；所述清洗单元用于对所述瓦斯浓度数据进行清洗；所述计算单元用于根据清洗后的所述瓦斯浓度数据进行残余瓦斯含量计算。4.根据权利要求3所述的用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统，其特征在于，对所述瓦斯浓度数据进行清洗的方式包括：去除重复项和剔除异常值，使用线性插值的方法补充缺失值，以及将数据的时间分辨率统一处理。5.根据权利要求3所述的用于煤矿回采工作面的瓦斯浓度智能预警系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯小军，王峰，谢文强，张飞，艾自创，魏启磊，杜晨军，魏汝佳，王冰冰，张学博，丁增，曹智伟，胡秦境，赵雪，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：