基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警方法，包括以下步骤：建立预先知识库；建立突出危险性单项指标的判断准则；采集各类突出危险性预测信息；将采集的各类信息进行多级融合；突出危险性的实时评估与等级预警；突出危险性防治。本发明专利技术针对不同矿井突出危险性表现出突出敏感性指标的差异性和预测方法的不同特点，基于来自不同信息源的突出预兆和设备监测监控与人工巡视检测信息进行诊断评估后，利用信息融合理论和时空耦合机制，进行多源信息融合的实时预测，以提供精准预警信息，增加突出发生前预兆信息采集的广度性和实时性，大大提高突出危险性预测的准确度。

【技术实现步骤摘要】
基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置与方法
本专利技术涉及矿井安全防治领域，特别涉及一种基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置与方法。
技术介绍
煤与瓦斯突出灾害是煤矿瓦斯灾害的形式之一，其不仅严重损毁了煤矿井下巷道与设施，而且造成重大人员伤亡事故，我国《防治煤与瓦斯突出规定(2009)》明确要求突出矿井严格做好区域和局部“两个四位一体”工作，而“两个四位一体”的首要工作就是区域和工作面的突出危险性预测。尽管煤矿已经建立了完善的防突管理制度与监测监控系统，也有如“一种煤与瓦斯突出实时监测及预警系统”、“一种实时跟踪预警矿井煤与瓦斯突出危险性的装备”等预警装置在不断推广中，但煤与瓦斯突出灾害并未获得有效遏制，有些预警装置在实际应用中往往因为预测指标信息的量少而无法真实实时反应每个采掘作业点突出危险性程度等级，也就无法进行精准预测和预警。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构简单、能够获取准确的突出危险性信息的基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置与方法，并提供一种信息采集范围广、信息采集实时性强、预测准确度高的基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置与方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置，包括预先知识库单元、多源信息采集单元、多源信息融合单元、突出危险性评估单元和预警单元，所述多源信息采集单元的输出端与多源信息融合单元的输入端相连，多源信息融合单元的输出端与突出危险性评估单元相连，突出危险性评估单元与预警单元、知识库单元相连。一种基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警方法，包括以下步骤：步骤一：建立预先知识库；步骤二：建立突出危险性单项指标的判断准则；步骤三：采集各类突出危险性预兆、监测监控和人工巡视检测信息；步骤四：将采集的各类信息进行多级融合；步骤五：突出危险等级预警；步骤六：突出危险性防治。上述基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警方法，所述步骤一中，预先知识库中的内容包括：矿井的基本情况，包括井田位置及交通、井田范围、矿井储量、矿井开拓方式、生产现状；矿井开采技术条件，包括煤层赋存条件、矿井瓦斯、煤尘爆炸性和煤层自燃倾向性、地温、水文地质条件；矿井地层概况，包括地层概况、煤系地层概况、煤层情况、煤质特征；矿井地质构造情况，包括矿井地质构造演化特征、矿井地质构造分布特征；火成岩对煤层侵蚀情况；煤层瓦斯基础参数；突出危险性评估基础理论知识；可托基础知识；保护层开采和瓦斯抽采基础知识；矿井勘探报告与图纸。上述基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警方法，所述步骤二具体步骤为：2-1)根据煤与瓦斯突出的规律和预兆特征，将煤与瓦斯突出的预测信息来源划分为6类，分别为①煤层赋存特征信息、②煤层瓦斯储集信息、③地质构造特征信息、④采掘活动信息、⑤监测监控系统特征信息和⑥人工巡视检测信息；其中①煤层赋存特征信息包括开采突出煤层的破坏类型、煤层厚度标准差及其变异系数、煤层倾角标准差及其变异系数、煤的坚固性系数、煤层开采深度、煤的挥发分特征、煤的渗透孔特征；②煤层瓦斯储集信息包括煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量、煤层瓦斯放散初速度；③地质构造特征信息包括小断层密度、煤层揉皱系数、火成岩侵蚀；④采掘活动信息包括采掘工作面推进速度、瓦斯预抽卸压状况；⑤监测监控系统特征信息包括随着工作面推进过程中的煤层瓦斯涌出特征和温度变化特征；⑥人工巡视检测信息包括防突专业人员巡查信息，钻孔施工人员记载的卡钻、喷孔、断钻信息，突出危险性预测、防突效果检验和区域验证的人工检测结果信息；2-2)将步骤2-1)划分的信息源类型分为稳态信息和动态信息，其中①-③为稳态信息，稳态信息从预先知识库中调用；④-⑥为动态信息，动态信息中的监测监控系统特征信息通过智能接口兼容传输，人工巡视检测信息则通过井下传输线路中嵌入的人机智能接口输入到综合预警装置中；2-3)将步骤2-2)划分的稳态信息和动态信息中根据其指标特征分为定性指标信息和定量指标信息，定量指标信息按判定准则确定突出危险性，定性指标信息处理进行量化处理；即采用连续语言标尺法判定危险性：90≤xij＜100代表“强突出危险性”，80≤xij＜90代表“中等突出危险性”，70≤xij＜80代表“突出威胁”，60≤xij＜70代表“无突出危险性”，式中，Yij—第i类第j个定性指标的确定值；y1,y2,y3,y4—某一定性指标所对应的定性描述特性所确定的量化指标值；xij—第i类第j个定性指标的原始状况描述text1,2,3,4；2-4)分别建立定量指标信息和定性指标信息的危险性判定准则；(1)煤层的破坏类型为Ⅰ-Ⅱ级为无突出危险性；Ⅲ-Ⅴ级时有突出危险性；(2)煤的坚固性系数f：f≤0.5时有突出危险；0.5＜f≤1.2时有突出威胁；f＞1.2时无突出危险；(3)煤层开采深度H为：根据矿井始突深度判定，假如第一次突出位于回风平巷标高处，则由其沿倾斜向上至100m范围视为突出危险区；100m处以上为无突出危险区；(4)煤的挥发分Vdaf：Vdaf＜35％时煤层具有突出危险；Vdaf≥35％时煤层具无突出危险；(5)煤的渗透孔VS：VS＜40％时，为非突出危险；40％≤VS≤60％时，为过渡型或威胁型；当VS＞60％时，有突出危险；(6)煤层瓦斯压力P和煤层瓦斯含量W：P≥0.74MPa或W＞8m3/t时有突出危险；(7)煤层瓦斯放散初速度△P≥10时，有突出危险；△P<10时，无突出危险；(8)地质力学概率指标B；B≥10，有突出危险，B＜10，无突出危险，式中：f—煤的坚固性系数，P—煤层瓦斯压力；(9)综合指标e预测值；e≥21时，有突出危险；e<21时，无突出危险，e＝1.8(△P-f)+0.7c，式中：ΔP—煤的放散初速度、f—煤的坚固性系数、c—煤的筛分指数；(10)综合指标D，K预测值：当D≥0.25时有突出危险；当D<0.25时无突出危险；若为无烟煤，当K≥20时有突出危险，K<20时无突出危险，若为无烟煤外的其他煤种，当K≥15时有突出危险，K<15时无突出危险，D＝(0.0075H/f-3)(p-0.74)；K＝ΔP/f，式中：式中D、K—煤层的突出危险性综合指标，H—煤层开采深度，m，p—煤层瓦斯压力，取两个测压钻孔实测瓦斯压力的最大值，MPa，ΔP—煤的放散初速度，f—煤的坚固性系数；(11)综合指标St预测值：当0.25＜St≤0.5时，有突出危险；St＞0.5时，有严重突出危险；St≤0.25时，无突出危险；St＝HW/40000f，式中：H—煤层开采深度；W—煤层瓦斯含量；f—煤的坚固性系数；(12)钻孔钻屑量S指标预测值：当钻孔每米钻屑量大于或等于3倍正常钻屑量，即Smax≥3S0时有突出危险性，Smax<3S0时为无突出危险，式中：S0—钻孔正常钻屑量，kg/m或L/m；π—圆周率，取3.1416；ρ0—煤的密度，取1400kg/m3,1.3—钻头在钻孔中超切削系数，d—钻孔直径，mm；(13)钻孔瓦斯解吸指标△h2或K1预测值：钻孔瓦斯解吸指标△h2是指煤样(10g)自煤体脱落暴露于大气之中第4分钟和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置，其特征在于：包括预先知识库单元、多源信息采集单元、多源信息融合单元、突出危险性评估单元和预警单元，所述多源信息采集单元的输出端与多源信息融合单元的输入端相连，多源信息融合单元的输出端与突出危险性评估单元相连，突出危险性评估单元与预警单元、知识库单元相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置，其特征在于：包括预先知识库单元、多源信息采集单元、多源信息融合单元、突出危险性评估单元和预警单元，所述多源信息采集单元的输出端与多源信息融合单元的输入端相连，多源信息融合单元的输出端与突出危险性评估单元相连，突出危险性评估单元与预警单元、知识库单元相连。2.一种基于权利要求1所述的预警装置的基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警方法，包括以下步骤：步骤一：建立预先知识库；步骤二：建立突出危险性预测单项指标及其判断准则；步骤三：采集各类突出危险性预兆、监测监控和人工巡视检测信息；步骤四：将采集的各类信息进行多级融合；步骤五：突出危险等级预警；步骤六：突出危险性防治。3.根据权利要求2所述的基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警方法，其特征在于，所述步骤一中，预先知识库中的内容包括：矿井的基本情况，包括井田位置及交通、井田范围、矿井储量、矿井开拓方式、生产现状；矿井开采技术条件，包括煤层赋存条件、矿井瓦斯、煤尘爆炸性和煤层自燃倾向性、地温、水文地质条件；矿井地层概况，包括地层概况、煤系地层概况、煤层情况、煤质特征；矿井地质构造情况，包括矿井地质构造演化特征、矿井地质构造分布特征；火成岩对煤层侵蚀情况；煤层瓦斯基础参数；突出危险性评估基础理论知识；可托基础知识；保护层开采和瓦斯抽采基础知识；矿井勘探报告与图纸。4.根据权利要求2所述的基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警方法，其特征在于，所述步骤二具体步骤为：2-1)根据煤与瓦斯突出的规律和预兆特征，将煤与瓦斯突出的预测信息来源划分为6类，分别为①煤层赋存特征信息、②煤层瓦斯储集信息、③地质构造特征信息、④采掘活动信息、⑤监测监控系统特征信息和⑥人工巡视检测信息；其中①煤层赋存特征信息包括开采突出煤层的破坏类型、煤层厚度标准差及其变异系数、煤层倾角标准差及其变异系数、煤的坚固性系数、煤层开采深度、煤的挥发分特征、煤的渗透孔特征；②煤层瓦斯储集信息包括煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量、煤层瓦斯放散初速度；③地质构造特征信息包括小断层密度、煤层揉皱系数、火成岩侵蚀；④采掘活动信息包括采掘工作面推进速度、瓦斯预抽卸压状况；⑤监测监控系统特征信息包括随着工作面推进过程中的煤层瓦斯涌出特征和温度变化特征；⑥人工巡视检测信息包括防突专业人员巡查信息，钻孔施工人员记载的卡钻、喷孔、断钻信息，突出危险性预测、防突效果检验和区域验证的人工检测结果信息；2-2)将步骤2-1)划分的信息源类型分为稳态信息和动态信息，其中①-③为稳态信息，稳态信息从预先知识库中调用；④-⑥为动态信息，动态信息中的监测监控系统特征信息通过智能接口兼容传输，人工巡视检测信息则通过井下传输线路中嵌入的人机智能接口输入到实时预警装置中；2-3)将步骤2-2)划分的稳态信息和动态信息中根据其指标特征分为定性指标信息和定量指标信息，定量指标信息按判定准则确定其突出危险性，定性指标信息则按量化处理原则处理，即采用连续语言标尺法判定危险性：90≤xij＜100代表“强突出危险性”，80≤xij＜90代表“中等突出危险性”，70≤xij＜80代表“突出威胁”，60≤xij＜70代表“无突出危险性”，式中，Yij—第i类第j个定性指标的确定值；y1,y2,y3,y4—某一定性指标所对应的定性描述特性所确定的量化指标值；xij—第i类第j个定性指标的原始状况描述text1,2,3,4；2-4)分别建立定量指标信息和定性指标信息的危险性判定准则；定量指标信息的危险性判定准则为：(1)煤层的破坏类型为Ⅰ-Ⅱ级为无突出危险性；Ⅲ-Ⅴ级时有突出危险性；(2)煤的坚固性系数f：f≤0.5时有突出危险；0.5＜f≤1.2时有突出威胁；f＞1.2时无突出危险；(3)煤层开采深度H为：根据矿井始突深度判定，假如第一次突出位于回风平巷标高处，则由其沿倾斜向上至100m范围视为突出危险区；100m处以上为无突出危险区；(4)煤的挥发分Vdaf：Vdaf＜35％时煤层具有突出危险；Vdaf≥35％时煤层具无突出危险；(5)煤的渗透孔VS：VS＜40％时，为非突出危险；40％≤VS≤60％时，为过渡型或威胁型；当VS＞60％时，有突出危险；(6)煤层瓦斯压力P和煤层瓦斯含量W：P≥0.74MPa或W＞8m3/t时有突出危险；(7)煤层瓦斯放散初速度△P≥10时，有突出危险；△P<10时，无突出危险；(8)地质力学概率指标B；B≥10，有突出危险，B＜10，无突出危险，式中：f—煤的坚固性系数，P—煤层瓦斯压力；(9)综合指标e预测值；e≥21时，有突出危险；e<21时，无突出危险，e＝1.8(△P-f)+0.7c，式中：ΔP—煤的放散初速度、f—煤的坚固性系数、c—煤的筛分指数；(10)综合指标D，K预测值：当D≥0.25时有突出危险；当D<0.25时无突出危险；若为无烟煤，当K≥20时有突出危险，K<20时无突出危险，若为无烟煤外的其他煤种，当K≥15时有突出危险，K<15时无突出危险，D＝(0.0075H/f-3)(p-0.74)；K＝ΔP/f，式中：式中D、K—煤层的突出危险性综合指标，H—煤层开采...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文柯，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43