一种基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法，其特征在于：该方法以可定量表征的常规指标对煤层工作面进行突出危险性评价，并对常规指标进行权重系数分配，再引入用于定性表征的基础信息作为综合指标系数，将定量表征的常规指标和定性表征的多参量基础信息相互融合进而实现综合预警，本发明专利技术的预警方法能够对监测区域真实情况的一致性进行描述，以更真实、更全面的反映事物本质，弥补了常规指标预警的不足，为煤矿现场煤与瓦斯突出危险区判识提供更精准的预警。警。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全以及煤矿瓦斯预测相关
，具体为一种基于 多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法。

技术介绍

[0002]煤与瓦斯突出是造成煤矿瓦斯事故多发、引起重大人员伤亡和财产损失 的主要原因，预警预报是防治灾害的重要手段之一。而现阶段，国内外关于 煤与瓦斯突出预警研究还处于一个探索的阶段，但以单一参量来预警突出灾 害明显是不符合实际的。事实上，除了可定量表征的数据(常规数据，具体 如图1所示)外还存在各种不完整、不准确、模糊的定性信息，与可定量表 征的信息交织在一起，由于井下环境复杂，仅靠常规数据只能从某一方面反 映煤与瓦斯突出的监测信息，难以完全反映监测区域的全貌或真实性。导致 目前未能形成一套可行的综合预警方法，因此不能为煤矿现场煤与瓦斯突出 危险区判识提供更精准的预警。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供了一种基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险 区判识综合预警方法，解决
技术介绍
中提出的问题，克服现有技术的不足。
[0004]本专利技术通过采用如下技术方案克服以上技术问题，具体为：
[0005]一种基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法，该 方法对可定量表征的常规指标进行模块分类，然后对常规指标进行权重系数 分配，再引入用于定性表征的基础信息作为综合指标系数，将定量表征的常 规指标和定性表征的基础信息相互融合进而实现综合预警。
[0006]作为本专利技术的进一步方案：所述各常规指标的权重系数之和为1。
[0007]作为本专利技术的进一步方案：所述综合指标系数ξ的取值范围为0≤ξ≤1。
[0008]作为本专利技术的进一步方案所述综合预警的公式为：
[0009][0010]式中：
[0011]I
g
——瓦斯浓度指标指数，I
g
∈[0,1]；
[0012]I
m
——微震实时综合指标指数，I
m
∈[0,1]；
[0013]I
q
、I
z
.....——其余参数指标指数，其数值范围都为[0,1]；
[0014]ξ——综合指标系数，用于对综合指标进行约束，ξ∈[0,1]；
[0015]α、β、μ、λ......——分别为各指标的权重系数(α+β+μ+λ+......＝1)。
[0016]作为本专利技术的进一步方案：所述微震实时综合指标指数I
m
包括微震常规 特征指标和微震波形异动特征指标。
[0017]作为本专利技术的进一步方案：所述微震常规特征指标包括频次指标M
f
、能 量指标M
e
和强度指标M
s
；
[0018]所述强度指标M
s
指描述空间集聚程度，其中空间分布密度M
d
指微震事 件在空间上的疏密程度(震源集中程度)，M
d
值越大，则该区域的微震活动性 越强烈；三维空间内微震事件的空间分布呈现椭球形形态，其概率密度函数f 分布满足：
[0019][0020]式中，|∑X|为协方差矩阵∑X的行列式，协方差矩阵ΣX的特征值为λ1、 λ2、λ3；
[0021]可以看出，概率密度分布的大小直接与椭球体的体积大小相关，椭球体 积越大，说明椭球表面处样本出现的概率越小，分布的离散程度越高；采用 等概率密度椭球的体积来反映微震事件分布的震源集中程度。由此，得出震 源集中程度指标为：
[0022][0023]式中，λ1、λ2、λ3为协方差矩阵∑X的特征值，所述强度指标M
s
与空间分 布密度M
d
为正比关系，即M
s
＝k.M
d
，k∈(0,1]；作为本专利技术的进一步方案：所 述波形的异动特征I
w
是通过提取微震波形的幅值域特征、时域特征以及频次 特征，建立波形的异常变化趋势和识别机制，实现移动波形的判定与识别；
[0024]对于波形异动指标而言，其异常特性通过突变识别相关系数进行定量描 述：
[0025][0026]二者根据现场实测设定相应的权重，确立波形异动指标的权重γ为：
[0027][0028]作为本专利技术的进一步方案所述微震实时综合指标指数I
m
的计算过程如 下：
[0029]一、数据的准备与处理；先需要确定数据格式及序列长度；微震波形特 征以典型特征为参照，进行波形特征求解和突变识别两部分操作；微震数据 在处理前按照规定格式处理，并进行计算求解；
[0030]二、特征指数的计算；对于微震常规指标而言，其异常指标M
i
可构建为：
[0031][0032]μ
i
(t)表示该指标在某一段时间t内的异常隶属度，其范围0≤μ
i
(t)≤1；假 设日常监测到的微震数据序列为S，则异常隶属度的表述公式μ
i
(t)为：
[0033][0034]微震综合指数由波形异动指标I
w
与常规特征指标I
s
两部分所决定；则常 规特征指标Is的综合指数为可描述为：
[0035]I
s
＝∑M
i
μ
i
＝∑M
f
μ
f
+∑M
e1
μ
e1
+∑M
e2
μ
e2
+∑M
d
μ
d
ꢀꢀꢀ
(8)
[0036]则最终的微震综合指标指数为：
[0037]I
m
＝(1
‑
γ)I
s
+γI
w
ꢀꢀꢀ
(9)
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术创造性通过对常规指标 进行权重系数分配，再引入用于定性表征的基础信息作为综合指标系数，将 定量表征的常规指标和定性表征的基础信息相互融合进而实现综合预警；综 合预警方法充分利用了各类信息，提高了其可靠性，实现对观测区域真实情 况的一致性描述，以更真实、更全面的反映事物本质，从而弥补常规指标预 警的不足，本专利技术的预警方法更加客观、科学且具有很好的操作性。
附图说明
[0039]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本 专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0040]图1是现有技术预警指标示意图；
[0041]图2是本专利技术中微震事件的时序空间分布形态示意图；
[0042]图3是本专利技术的预警机制原理示意图；
[0043]图4是本专利技术的系统框架示意图。
具体实施方式
[0044]为了便于理解本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法，其特征在于：该方法以可定量表征的常规指标对煤层工作面进行突出危险性评价，并对常规指标进行权重系数分配，再引入用于定性表征的基础信息作为综合指标系数，将定量表征的常规指标和定性表征的基础信息相互融合进而实现综合预警。2.根据权利要求1所述的基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法，其特征在于：所述各常规指标的权重系数之和为1。3.根据权利要求1所述的基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法，其特征在于：所述综合指标系数ξ的取值范围为0≤ξ≤1。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法，其特征在于所述综合预警方法的公式为：式中：I
g
——瓦斯浓度指标指数，I
g
∈[0,1]；I
m
——微震实时综合指标指数，I
m
∈[0,1]；I
q
、I
z
.....——其余参数指标指数，其数值范围都为[0,1]；ξ——综合指标系数，用于对综合指标进行约束，ξ∈[0,1]；α、β、μ、λ......——分别为各指标的权重系数(α+β+μ+λ+......＝1)。5.根据权利要求4所述的基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法，其特征在于：所述微震实时综合指标指数I
m
包括微震常规特征指标和微震波形异动特征指标。6.根据权利要求5所述的基于多参量数据融合的煤与瓦斯突出危险区判识综合预警方法，其特征在于：所述微震常规特征指标包括频次指标M
f
、能量指标M
e
和强度指标M
s
；所述频次指标M
f
指单位时间内微震事件发生次数的多少，发生频次f的表达式为：频次越大，表明该时间段微震事件发生密集，微震活动强烈，具有强大的危险性；反之，表明煤岩体处于平稳阶段；所述能量指标M
e
是描述煤岩体内当前的应力状态；微震信号的能量计算采用振幅平方简化求解，其公式为：针对能量引起的连锁反应，当微震动能量超过一定值，其震动效应同样具有危险，因而微震事件的大能量值可以用来评价煤岩体的破坏程度，固增加最大能量指标E
max
。E
max
＝max[x(i)]2ꢀꢀꢀꢀ
(4)所述强度指标M
s
指描述空间集聚程度，其中空间分布密度M
d
指微震事件在空间上的疏密程度，M
d
值越大，则该区域的微震活动性越强烈；三维空间内微震事件...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青松，衡献伟，朱权洁，付金磊，韩真理，马曙，
申请(专利权)人：贵州省煤矿设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：