一种工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法技术

本发明专利技术提供了一种工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法，涉及采矿工程技术领域，该方法包括读取煤矿三维地质信息系统中的顶板岩层参数和煤层参数，在工作面的支架上安装定位传感器实时确定工作面位置，时钟控件设置固定的时间间隔自动判断工作的位置变化量，设定工作面风险判断推进步距，建立矿井三维信息风险识别模型，当工作面位置变化量大于或等于风险判断推进步距时调用风险识别模块，根据工作面实际位置处的煤层厚度和上覆老空区到工作面的距离判断工作面当前的风险级别。该方法解决了工作面上覆老空区溃水风险识别时存在的计算结果不准确，以及风险识别不及时等问题，还具有自动识别、预警及时、安全高效等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法
本专利技术涉及采矿工程
，尤其是一种工作面回采过程中上覆老空区存在溃水风险时自动识别工作面开采风险的方法。
技术介绍
煤矿安全生产管理中，正在全面推广风险管控、隐患排查、质量管理三位一体的管理体系，针对煤矿生产过程中存在的各种危险源进行风险管控，具体包括风险识别和分级管控，在工作面推进过程中危险源对工作面安全生产存在一定的风险，生产安全事故发生的可能性和严重性的组合称为风险，风险的识别是关系到煤矿安全生产的关键环节，煤矿安全生产中提出要求，在生产之前需要对风险进行识别和管控。目前在煤矿安全生产中上覆老空区溃水风险的识别是通过人工查询矿井信息并对风险进行评估，并且老空区溃水风险的识别是不连续的，并具有滞后性，不能实现对老空区溃水风险的实时管控，风险识别效率低、速度慢，容易出现疏漏。上覆老空区是影响煤矿安全生产的重要地质因素，上覆老空区溃水具有突发行，一旦导通水体大量的水涌入工作面，并且伴随有有毒有害气体，针对老空区这一危险源，工作面距离上覆老空区的距离和导水裂隙带的高度不同，导致其风险级别也不同。对上覆老空区溃水风险进行识别计算时，由于工作面的位置不同导水裂隙袋发育的高度也不同，因此难以实时准确的确定工作面当前位置的上覆老空区溃水风险，从而不能指导矿井高效的安全生产。煤矿三维地质信息系统平台实现了对煤矿三维地质信息和开采信息的记录，但是目前对生产过程中工作面的自动风险识别仍未实现自动化，随着数据处理技术和定位信息传输等技术的进步，针对现有技术的不足，需要对现有的老空区溃水风险识别方法作进一步的改进。
技术实现思路
为解决识别工作面上覆老空区溃水风险计算结果不准确以及风险识别不及时的技术问题，本专利技术提供了一种工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法，具体技术方案如下。一种工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法，步骤包括：A.读取煤矿三维地质信息系统中的顶板岩层参数和煤层参数；所述顶板岩层参数包括顶板岩层的层数N、厚度hi和抗压强度qi；所述煤层参数包括煤层厚度M；B.在工作面的支架上安装定位传感器实时确定工作面位置，所述工作面位置具体为工作面的位置坐标其中上端头支架坐标为(x1，y1)，下端头支架坐标(x2，y2)；C.将工作面位置传输至地面，建立矿井三维信息风险识别模型；所述三维信息风险识别模型包括三维地质信息模块、工作面实时定位模块和风险计算模块；D.井下工作面实时定位模块每隔5～15min的时间间隔自动判断工作的位置，并将工作面的位置信息上传至地面三维地质信息模块中保存，设定工作面风险判断推进步距为2～7m；E.系统每间隔20～40min的时间时钟控件触发工作面实时定位模块判断工作面位置信息，并计算一次工作面推进距离ΔL；所述工作面推进距离具体为其中(xi，yi)为当前工作面位置坐标，(xi-1，yi-1)为上一次风险判断时工作面的位置坐标；当工作面的推进距离大于或等于设定的工作面风险判断推进步距时，调用风险计算模块；F.风险计算模块判断工作面当前的风险级别，具体是计算风险指数k，其中，HL为工作面顶板导水裂隙带的高度，根据顶板岩层的综合强度Q和煤层厚度M确定工作面顶板导水裂隙带的高度HL；顶板岩层的综合强度Q由顶板各个岩层的厚度hi和对应的顶板各岩层的强度qi计算确定，具体是：当Q≤10MPa时，当10＜Q＜60MPa时，当Q≥60MPa，其中Hd为工作面顶板到上覆老空区的岩层总厚度；所述风险指数k的数值越大工作面存在的风险越大。优选的是，风险指数k≥1.0时，风险等级为一级风险；所述风险指数0.9≤k<1时，风险等级为二级风险；所述风险指数0.8≤k<0.9时，风险等级为三级风险；所述风险指数k＜0.8时无风险。优选的是，煤矿三维地质信息系统是基于矿山工程测量和矿井地质勘探数据建立的，所述矿井地质勘探包括地球物理勘探和地质钻探；所述煤矿三维地质信息系统还包括全矿井的井巷工程信息。优选的是，步骤D中时钟控件设置的时间间隔为30min，所述工作面实时定位模块每隔10min自动读取并判断工作面的位置，所述工作面风险判断推进步距的设定值为5m。进一步优选的是，风险计算模块将计算结果实时传输至风险监控平台；当计算得到的风险指数大于或等于0.8时，风险监控平台通过文字信息推送风险级别。进一步优选的是，工作面回采巷道内设置有多个定位基站，定位基站采用UWB无线通讯传输工作面位置信息。还优选的是，煤矿三维地质信息系统是基于矿山工程测量和矿井地质勘探数据建立的，所述矿井地质勘探包括地球物理勘探和地质钻探；所述煤矿三维地质信息系统还包括全矿井的井巷工程信息。本专利技术的有益效果包括：(1)本方法能够实时监测工作面位置信息，通过在工作面端头安装位置传感器，输送至地面数据库，每隔一定的时间周期判断一次工作面位置，位置变化达到工作面风险判断推进步距时，系统自动调用风险计算模块，计算工作面上覆老空区溃水的风险指数，并判断工作面危险等级。(2)提出了工作面上覆老空区溃水的风险指数计算方法，利用顶板岩层厚度和导水裂隙带高度等参数用于计算风险指数，并根据计算结果判断风险等级，从而将风险信息及时传输至风险监控平台，实现对上覆老空区溃水风险的实时精确识别。(3)利用煤矿三维地质信息系统读取地质信息和开采信息，读取后仅需要根据后续的工作面位置监测信息即可实现工作面风险的远程实时评估，在回采巷道内布置定位基站并采用UWB无线通讯技术实现精准定位，保证老空区溃水风险识别的准确性。另外本专利技术还具有识别周期短、预警及时、安全高效等优点附图说明图1是工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法流程图；图2是某矿工作面定位计算示意图；图3是工作面与上覆老空区位置关系示意图；图4是某矿上覆老空区溃水风险识别结果曲线图；图中：1-定位传感器；2-定位基站；3-上覆老空区；4-工作面；5-底板；6-顶板；7-煤层。具体实施方式结合图1至图4所示，本专利技术提供的一种工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法，具体实施方式如下。实施例1一种工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法，方法流程如图1所示，其中该方法的具体实施步骤包括：A.读取煤矿三维地质信息系统中的顶板岩层参数和煤层参数，顶板岩层参数包括顶板岩层层数N、厚度hi和抗压强度qi；煤层参数包括煤层厚度M。煤矿三维地质信息系统是基于矿山工程测量和矿井地质勘探数据建立的，矿井地质勘探包括地球物理勘探和地质钻探，煤矿三维地质信息系统还包括全矿井的井巷工程信息，包括全矿井的巷道及工作面位置信息和采掘信息。B.在工作面的支架上安装定位传感器并实时确定工作面位置，工作面位置具体为工作面的位置坐标其中上端头支架坐标为(x1，y1)，下端头支架坐标为(x2，y2)。工作面回采巷道内设置有多个定位基站，定位基站采用UWB无线通讯传输工作面位置信息。C.将工作面位置传输至地面，建立矿井三维信息风险识别模型。三维信息风险识别模型包括三维信息模块、工作面实时定位模块和风险计算模块，其中三维地质信息模块用于记录存储矿井地质情况和巷道及工作面的布置情况，工作面实时定位模块用于确定工作面的实时位置，风险计算模块根据工作面当前位置的实际情况计算工作面风险等级。D.工作面实时定位模块每隔5～15本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法，其特征在于，步骤包括：A.读取煤矿三维地质信息系统中的顶板岩层参数和煤层参数；所述顶板岩层参数包括顶板岩层的层数N、厚度hi和抗压强度qi；所述煤层参数包括煤层厚度M；B.在工作面的支架上安装定位传感器实时确定工作面位置，所述工作面位置具体为工作面的位置坐标

【技术特征摘要】
2019.01.21 CN 20191005214591.一种工作面上覆老空区溃水风险自动识别方法，其特征在于，步骤包括：A.读取煤矿三维地质信息系统中的顶板岩层参数和煤层参数；所述顶板岩层参数包括顶板岩层的层数N、厚度hi和抗压强度qi；所述煤层参数包括煤层厚度M；B.在工作面的支架上安装定位传感器实时确定工作面位置，所述工作面位置具体为工作面的位置坐标其中上端头支架坐标为(x1，y1)，下端头支架坐标(x2，y2)；C.将工作面位置传输至地面，建立矿井三维信息风险识别模型；所述三维信息风险识别模型包括三维地质信息模块、工作面实时定位模块和风险计算模块；D.井下工作面实时定位模块每隔5～15min的时间间隔自动判断工作的位置，并将工作面的位置信息上传至地面三维地质信息模块中保存，设定工作面风险判断推进步距为2～7m；E.系统每间隔20～40min的时间时钟控件触发工作面实时定位模块判断工作面位置信息，并计算一次工作面推进距离ΔL；所述工作面推进距离具体为其中(xi，yi)为当前工作面位置坐标，(xi-1，yi-1)为上一次风险判断时工作面的位置坐标；当工作面的推进距离大于或等于设定的工作面风险判断推进步距时，调用风险计算模块；F.风险计算模块判断工作面当前的风险级别，具体是计算风险指数k，其中，HL为工作面顶板导水裂隙带的高度，根据顶板岩层的综合强度Q和煤层厚度M确定工作面顶板导水裂隙带的高度HL；顶板岩层的综合强度Q由顶板各个岩层的厚度hi和对...

【专利技术属性】
技术研发人员：石永奎，周辉，翟德元，汤建泉，刘锋珍，葛瑞行，
申请(专利权)人：安迈智能北京矿山科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11