一种智能化综采工作面的采煤机多级控制方法技术

本发明专利技术提供一种智能化综采工作面的采煤机多级控制方法，当瓦斯浓度波动异常时可提前对未来危险进行预测，使报警时间前置，并通过危险的等级，适当调整采煤机牵引速度。包括：根据危险程度设定多个瓦斯浓度阈值，根据瓦斯浓度阈值设定多个预警级别，设定与预警级别一一对应的采煤机牵引速度；获取监测区域当前时刻的瓦斯浓度监测值，根据当前时刻的瓦斯浓度监测值、时间序列数据及基于ARMA模型的时间序列数据预测方法得到未来时刻的瓦斯浓度预测值；其中，未来时刻与当前时刻的时间间隔为3‑10分钟；根据未来时刻的瓦斯浓度预测值与瓦斯浓度阈值的关系判断当前预警级别；根据当前预警级别设定当前时刻的采煤机牵引速度。

【技术实现步骤摘要】
一种智能化综采工作面的采煤机多级控制方法
本专利技术属于智能化综采面采煤机控制
，涉及一种智能化综采工作面的采煤机多级控制方法。
技术介绍
综采工作面是煤炭的重要生产场所，安全生产管理一直是一个核心问题。随着煤矿自动化技术的不断发展，以黄陵矿业为代表的部分矿区已实现综采工作面智能化生产，工作面通过增加单机设备的感知元件，实现了工作面单机设备之间的耦合，设备与工作面的瓦斯、顶板压力等环境参数的耦合，操作人员可以在监控中心通过工作面视频画面随时掌握工作面设备的运行情况，并可通过远程操作台对工作面设备进行远程控制。采煤机作为综采工作面重要的大型生产设备之一，是煤矿生产机械化、自动化、现代化的重要体现，而无人工作面中采煤机的自主控制与监测系统又是实现煤矿自动化采煤的核心与关键。对高瓦斯煤层，在开采过程中瓦斯涌出存在不均衡的特点，同时智能化综采工作面采煤机的牵引速度与工作面瓦斯涌出量直接相关。目前，智能化综采工作面的做法是采煤机以一定牵引速度工作，同时监测工作面上隅角和回风顺槽瓦斯为主的瓦斯浓度；当上隅角和回风顺槽瓦斯传感器报警时，停止运行采煤机，中断整个采煤工作。这种运行方式报警具有滞后性，对智能化综采工作面安全高效生产极为不利。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种智能化综采工作面的采煤机多级控制方法，建立瓦斯浓度与采煤机牵引速度之间的耦合关系，当瓦斯浓度波动异常时可提前对未来危险进行预测，使报警时间前置，并通过危险的等级，适当调整采煤机牵引速度，确保工作面能够安全高效生产。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种智能化综采工作面的采煤机多级控制方法，包括如下步骤，步骤1，根据危险程度设定多个瓦斯浓度阈值，根据瓦斯浓度阈值设定多个预警级别，设定与预警级别一一对应的采煤机牵引速度，随着预警级别的升高，对应的采煤机牵引速度降低；步骤2，获取监测区域当前时刻的瓦斯浓度监测值，根据当前时刻的瓦斯浓度监测值、时间序列数据及基于ARMA模型的时间序列数据预测方法得到未来时刻的瓦斯浓度预测值；其中，未来时刻与当前时刻的时间间隔为3-10分钟；步骤3，根据未来时刻的瓦斯浓度预测值与瓦斯浓度阈值的关系判断当前预警级别；步骤4，根据当前预警级别设定当前时刻的采煤机牵引速度。优选的，瓦斯浓度阈值由低到高依次为A0、A1、A2、A3和A4，预警级别由低到高依次为绿色预警、蓝色预警、黄色预警、橙色预警和红色预警，采煤机牵引速度由高到低依次为4级、3级、2级、1级和0级。进一步的，步骤3中判断预警级别的方法具体为：当瓦斯浓度预测值小于等于A0时，判断为绿色预警；当瓦斯浓度预测值大于A0且小于等于A1时，判断为绿色预警或蓝色预警；当瓦斯浓度预测值大于A1且小于等于A2时，判断为绿色预警或蓝色预警；当瓦斯浓度预测值大于A2且小于等于A3时，判断为蓝色预警或黄色预警；当瓦斯浓度预测值大于A3且小于等于A4时，判断为橙色预警；当瓦斯浓度预测值大于A4时，判断为红色预警。再进一步的，当瓦斯浓度预测值大于A0且小于等于A1时；若瓦斯浓度预测值小于等于前一预定时间段内的瓦斯浓度最大值，则当前预警级别为绿色预警；若瓦斯浓度预测值大于前一预定时间段内的瓦斯浓度最大值，则当前预警级别为蓝色预警；当瓦斯浓度预测值大于A1且小于等于A2时；若瓦斯浓度预测值小于等于前一预定时间段的98％-99％置信区间上限，则当前预警级别为绿色预警；若瓦斯浓度预测值大于前一预定时间段98％-99％置信区间上限，则当前预警级别为蓝色预警；当瓦斯浓度预测值大于A2且小于等于A3时；若瓦斯浓度预测值小于等于前一预定时间段的98％-99％置信区间上限，则当前预警级别为蓝色预警；若瓦斯浓度预测值大于前一预定时间段的98％-99％置信区间上限，则当前预警级别为黄色预警；其中，预定时间段为半个月至一年。再进一步的，预定时间段为1个月，置信区间的置信水平为99％。进一步的，瓦斯浓度阈值A0、A1、A2、A3和A4分别为0.2％-0.3％、0.40％-0.43％、0.52％-0.55％、0.62％-0.65％、0.72％-0.75％、0.8％；采煤机牵引速度级别4级、3级、2级、1级和0级对应的采煤机牵引速度与设定的正常采煤机牵引速度比例分别为100％、80％-85％、55％-65％、25％-35％和0％。再进一步的，瓦斯浓度阈值A0、A1、A2、A3和A4分别为0.3％、0.40％、0.55％、0.65％、0.75％、0.8％；采煤机牵引速度4级、3级、2级、1级和0级对应的采煤机牵引速度与设定的正常采煤机牵引速度比例分别为100％、80％、60％、30％和0％。优选的，步骤2中，未来时刻与当前时刻的时间间隔为5分钟。优选的，以上隅角作为监测区域，通过步骤2和步骤3得到一预警级别，再以回风顺槽作为监测区域，重复步骤2和步骤3得到另一预警级别；然后进行步骤4，根据两个预警级别中较高的预警级别设定采煤机牵引速度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术设定多个瓦斯浓度阈值和多个预警级别，并设定与预警级别一一对应的采煤机牵引速度，从而建立智能化工作面采煤机牵引速度与监测区域瓦斯浓度的耦合关联关系。将瓦斯报警设定为多个预警级别，在最高报警级别响应前，根据瓦斯浓度值进行不同级别的预警，随着监测区域瓦斯浓度的升高，预警级别升高，从而工作人员能够根据预警级别判断危险程度，适当降低采煤机牵引速度，采煤机牵引速度降低后，瓦斯涌出速度也随之降低，从而监测区域瓦斯浓度可以得到控制，避免瓦斯浓度进一步升高发生爆炸危险。本专利技术并不是根据监测的当前瓦斯浓度监测值进行预警，而是根据当前瓦斯浓度监测值进行预测得到未来某个时刻的瓦斯浓度预测值，根据这个瓦斯浓度预测值进行预警并做出相应的处理，这种方法能够使危险预警前置，提前做出相应的处理，能够更好的实现工作面生产环境的本质安全。进一步的，在根据瓦斯浓度阈值判断预警级别的基础上，再将前一预定时间段的置信区间及最大值作为判断预警级别的条件，从而不是将瓦斯浓度阈值作为判断预警级别的绝对值，还将瓦斯浓度与前一预定时间段的瓦斯浓度的关系考虑在内，从而更加精准的判定预警级别。进一步的，建立了上隅角瓦斯浓度和回风顺槽瓦斯浓度为统一指标的预警模式，相较于单测点预警值，预警更加客观高效。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术所述的智能化综采工作面采煤机多级控制方法，分析建立上隅角和回风顺槽瓦斯浓度与采煤机牵引速度之间的耦合关系式；将上隅角与回风顺槽瓦斯统一为一个评价对象，命名为“联动控制瓦斯浓度”；将联动控制瓦斯浓度的预警值由高至低分为红、橙、黄、蓝、绿5个等级，其中红色为报警状态，绿色为安全状态，其他3个等级为预警状态；将采煤机牵引速度由高到低分4、3、2、1、0五个等级，其中4级为采煤机最大牵引速度，0级为采煤机停止状态，其他3个等级为牵引速度中间值；将预警值和采煤机牵引速度进行关联，实现“联动控制瓦斯浓度”与采煤机牵引速度联动控制。瓦斯预警基本定义：1、瓦斯浓度阈值分为A0、A1、A2、A3、A4和A5，若矿方实际执行的瓦斯报警及停产标准为0.8％，作如下字符代换规定：A0、A1、A2、A3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能化综采工作面的采煤机多级控制方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1，根据危险程度设定多个瓦斯浓度阈值，根据瓦斯浓度阈值设定多个预警级别，设定与预警级别一一对应的采煤机牵引速度，随着预警级别的升高，对应的采煤机牵引速度降低；步骤2，获取监测区域当前时刻的瓦斯浓度监测值，根据当前时刻瓦斯浓度监测值、时间序列数据及基于ARMA模型的时间序列数据预测方法得到未来时刻的瓦斯浓度预测值；其中，未来时刻与当前时刻的时间间隔为3‑10分钟；步骤3，根据未来时刻的瓦斯浓度预测值与瓦斯浓度阈值的关系判断当前预警级别；步骤4，根据当前预警级别设定当前时刻的采煤机牵引速度。

【技术特征摘要】
1.一种智能化综采工作面的采煤机多级控制方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1，根据危险程度设定多个瓦斯浓度阈值，根据瓦斯浓度阈值设定多个预警级别，设定与预警级别一一对应的采煤机牵引速度，随着预警级别的升高，对应的采煤机牵引速度降低；步骤2，获取监测区域当前时刻的瓦斯浓度监测值，根据当前时刻瓦斯浓度监测值、时间序列数据及基于ARMA模型的时间序列数据预测方法得到未来时刻的瓦斯浓度预测值；其中，未来时刻与当前时刻的时间间隔为3-10分钟；步骤3，根据未来时刻的瓦斯浓度预测值与瓦斯浓度阈值的关系判断当前预警级别；步骤4，根据当前预警级别设定当前时刻的采煤机牵引速度。2.根据权利要求1所述的智能化综采工作面的采煤机多级控制方法，其特征在于，瓦斯浓度阈值由低到高依次为A0、A1、A2、A3和A4，预警级别由低到高依次为绿色预警、蓝色预警、黄色预警、橙色预警和红色预警，采煤机牵引速度由高到低依次为4级、3级、2级、1级和0级。3.根据权利要求2所述的智能化综采工作面的采煤机多级控制方法，其特征在于，步骤3中判断预警级别的方法具体为：当瓦斯浓度预测值小于等于A0时，判断为绿色预警；当瓦斯浓度预测值大于A0且小于等于A1时，判断为绿色预警或蓝色预警；当瓦斯浓度预测值大于A1且小于等于A2时，判断为绿色预警或蓝色预警；当瓦斯浓度预测值大于A2且小于等于A3时，判断为蓝色预警或黄色预警；当瓦斯浓度预测值大于A3且小于等于A4时，判断为橙色预警；当瓦斯浓度预测值大于A4时，判断为红色预警。4.根据权利要求3所述的智能化综采工作面的采煤机多级控制方法，其特征在于，当瓦斯浓度预测值大于A0且小于等于A1时；若瓦斯浓度预测值小于等于前一预定时间段内的瓦斯浓度最大值，则当前预警级别为绿色预警；若瓦斯浓度预测值大于前一预定时间段内的瓦斯浓度最大值，则当前预警级别为蓝色预警；当瓦斯浓度预测值大于A1且小于等于A2时；若瓦斯浓度预测值小于等于...

【专利技术属性】
技术研发人员：范京道，李川，闫振国，
申请(专利权)人：陕西陕煤黄陵矿业有限公司，陕西煤业化工集团有限责任公司，西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61