【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿安全监测及预警，特别涉及一种基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统。
技术介绍
1、煤与瓦斯突出、冲击地压等地下灾害是煤矿中极其严重的事故，不仅会造成人员伤亡，还使煤炭生产受阻、煤矿安全环境恶化、煤层气资源浪费，可造成极大的经济损失。
2、目前，现有技术对于多指标监测预警融合技术研究及危险监测不足，其智能化水平低、可视化程度差且孕灾过程监测缺失。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，以解决现有技术对于多指标监测预警融合技术研究及危险监测不足，其智能化水平低、可视化程度差，且孕灾过程监测缺失的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，所述孕灾状态预警系统包括：井下传感器、物理信号映射模块、数据驱动模块、数据映射模块、动态物理场反演模块和危险指标扰动预警模块；其中，
4、所述井下传感器用于配置在井下待监测掘进工作面中，以对井下待监测掘进工作面掘进过程中的多种预设监测指标进行实时监测，得到各监测指标数据；
5、所述物理信号映射模块用于将所述井下传感器得到的各监测指标数据分别对应存储至各监测指标对应的数据表中，并基于各监测指标对应的数据表，生成各监测指标的虚体对象；其中，所述虚体对象包括相应监测指标的历史数据；
6、所述数据驱动模块用于构建各监测指标对
7、所述数据映射模块用于按照1：1比例构建井下待监测掘进工作面及其所在采区的三维模型，以得到工作面现场三维数字模型；并将各监测指标对应的动态物理场映射到所述工作面现场三维数字模型中，得到掘进工作面数字孪生体；
8、所述动态物理场反演模块用于对所述掘进工作面数字孪生体进行反演处理，得到煤层孕灾动态物理场数字孪生体；
9、所述危险指标扰动预警模块用于基于所述煤层孕灾动态物理场数字孪生体，对煤层孕灾过程进行实时分析，并在出现突出危险时进行预警。
10、进一步地，所述预设监测指标包括：掘进进度、瓦斯浓度、掘进面应力场和煤岩破坏强度；
11、相应地，所述井下传感器包括：激光测距仪、瓦斯浓度传感器、应力传感器和电磁辐射传感器。
12、进一步地，所述井下传感器的布置方式为：
13、所述激光测距仪布置在巷道口，指向掘进工作面；
14、所述应力传感器的数量为多个，通过钻孔塞入所述井下待监测掘进工作面前方底板巷，且每30m布置一个应力传感器；
15、所述瓦斯浓度传感器布置在掘进头后方，呈多点布置，每50m布置一个；
16、所述电磁辐射传感器布置于掘进头处。
17、进一步地，物理信号映射模块生成各监测指标的虚体对象的方式为：
18、利用应力场等值线图展示掘进工作面前方的应力场；
19、利用瓦斯浓度等值线图展示掘进工作面后方的瓦斯浓度场；
20、利用电磁辐射动态曲线变化图展示掘进工作面周围的煤岩破坏程度；
21、利用掘进标尺展示掘进速度及掘进总进度。
22、进一步地，所述工作面现场三维数字模型包括：工作面地质单元、掘进机生产单元以及传感器单元。
23、进一步地，所述动态物理场反演模块具体用于：
24、采用arima算法对所述掘进工作面数字孪生体中当前时刻的应力场、瓦斯浓度场以及煤岩破坏强度场这三种动态物理场进行预测，得到未来时刻的三种动态物理场的预测结果，并将未来时刻的三种动态物理场预测结果导入煤层孕灾动态物理场数字孪生体，以反应未来时刻的采区孕灾情况。
25、进一步地，所述危险指标扰动预警模块具体用于：
26、采用arima算法对所述煤层孕灾动态物理场数字孪生体中的瓦斯浓度、掘进面应力场和煤岩破坏强度这三种监测指标的扰动进行预测；
27、基于预设的危险阈值差值判断准则，根据监测指标的扰动预测结果，对煤层孕灾过程进行实时分析，并在出现突出危险时进行预警，同时在预警时，提供应急处置建议，并在所述工作面现场三维数字模型中标明孕灾位置。
28、进一步地，所述危险阈值差值判断准则，包括：
29、以瓦斯浓度、掘进面应力场和煤岩破坏强度这三种监测指标的扰动范围作为危险监测对象，根据预设的扰动范围阈值和危险状态插值进行预警等级划分。
30、本专利技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
31、1、本专利技术实现了对待监测掘进工作面掘进过程的煤层应力场、瓦斯浓度场、煤岩破坏强度场的展示，通过arima算法对三种物理场进行预测并实时更新，通过危险指标扰动预警模块对煤层孕灾过程进行实时分析，并在出现突出危险时进行预警，从而可以实现煤层孕灾的准确预警。
32、2、本专利技术突破了数字孪生在煤矿生产中单一可视化工况的传统功能，解决了现有技术不可对未来时刻生产状况危险性预测的问题，提出了多重数字孪生体之间功能性处理迭代技术，将煤矿生产中煤与瓦斯突出监测、预测、预警融为一体并实现。
33、3、本专利技术提出了危险指标动态物理场的概念，可创新性的解决传统危险指标数值不易融合、不易分层可视化展示的问题。
34、4、本专利技术预警功能基于动态物理场的扰动状态预测，并依据扰动状态的波动进行预警，弥补了传统阈值法只可对当前时刻结果进行数值比较单一判断的不足。
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1.一种基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，所述孕灾状态预警系统包括：井下传感器、物理信号映射模块、数据驱动模块、数据映射模块、动态物理场反演模块和危险指标扰动预警模块；其中，
2.如权利要求1所述的基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，所述预设监测指标包括：掘进进度、瓦斯浓度、掘进面应力场和煤岩破坏强度；
3.如权利要求2所述的基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，所述井下传感器的布置方式为：
4.如权利要求2所述的基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，物理信号映射模块生成各监测指标的虚体对象的方式为：
5.如权利要求1所述的基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，所述工作面现场三维数字模型包括：工作面地质单元、掘进机生产单元以及传感器单元。
6.如权利要求2所述的基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，所述动态物理场反演模块具体用于：
7.如权利要求2所
8.如权利要求7所述的基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，所述危险阈值差值判断准则，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，所述孕灾状态预警系统包括：井下传感器、物理信号映射模块、数据驱动模块、数据映射模块、动态物理场反演模块和危险指标扰动预警模块；其中，
2.如权利要求1所述的基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，所述预设监测指标包括：掘进进度、瓦斯浓度、掘进面应力场和煤岩破坏强度；
3.如权利要求2所述的基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，所述井下传感器的布置方式为：
4.如权利要求2所述的基于煤层孕灾动态物理场数字孪生体的孕灾状态预警系统，其特征在于，物理信号映射...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋大钊，王立涛，孙晓磊，郭明功，王满，邱黎明，权军军，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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