一种获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法技术

本发明专利技术属于采煤工作面瓦斯浓度危险性预警及安全防控领域，具体是一种获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法。包括以下步骤，S100：每隔20分钟记录一次采煤工作面瓦斯浓度的监测数据，连续监测统计20天；S200：计算瓦斯浓度时滞响应的特征时间点；S300：计算瓦斯浓度时滞响应的迟滞时间和粘滞增时间；S400：计算瓦斯浓度迟滞响应的实时速率；S500：计算瓦斯浓度在粘滞增响应阶段的实时速率；S600：计算生产过程中工作面瓦斯浓度调控预警的动态阈值。本发明专利技术可有效应对采煤工作面瓦斯浓度调控过程中的时滞后效问题，实现采煤工作面瓦斯浓度的实时准确评价与预警。面瓦斯浓度的实时准确评价与预警。面瓦斯浓度的实时准确评价与预警。

【技术实现步骤摘要】
一种获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法


[0001]本专利技术属于采煤工作面瓦斯浓度危险性预警及安全防控领域，具体是一种获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法。

技术介绍

[0002]瓦斯灾害是煤矿五大灾害之一，在瓦斯灾害中，瓦斯超限事故虽然相对影响较小，却是最频发，也是安全工作者最难管理的生产安全问题之一，超限后断电停产极大影响企业的安全高效生产。瓦斯浓度的预警调控阈值是进行采煤工作面瓦斯灾害动态危险性评价及预警的重要参数，可为瓦斯超限事故防控选择科学合理的调控时机，对保障煤矿生产安全具有重要意义。
[0003]采煤工作面瓦斯浓度监测存在时间和空间上的双重滞后性：瓦斯浓度体现的是瓦斯在立体空间中的分布，而传感器的监测数据只是空间中某个点的瓦斯浓度，监测数据存在空间上的滞后性；通风、瓦斯抽采等生产活动和瓦斯浓度传感器所在的工位往往相距较远，活动因素对瓦斯浓度的改变难以在第一时间传达到传感器上，监测数据存在时间上的滞后性。
[0004]目前采煤工作面一般将固定值1%作为瓦斯浓度预警调控的阈值，当瓦斯浓度达到或接近1%时实施调控措施，但由于延迟滞后效应的存在，即使立即调控，瓦斯浓度却无法立即减小，瓦斯超限成为必然；另外，不同时刻瓦斯浓度与1%的距离不同，而且不同措施实施后瓦斯浓度的变化速率等时滞响应形态也不尽相同，则瓦斯浓度达到1%所需时间必然不同，将预警调控阈值设置为固定的1%，以不变应万变，调控失效亦是必然。

技术实现思路

[0005]为了解决设置为固定值的瓦斯浓度预警调控阈值无法应对采煤工作面瓦斯调控措施时滞后效的问题，本专利技术提供一种获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法。
[0006]本专利技术采取以下技术方案：一种获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法，包括以下步骤，S100：每隔20分钟记录一次采煤工作面瓦斯浓度的监测数据，连续监测统计20天；S200：根据连续监测数据计算瓦斯浓度时滞响应的特征时间点；S300：根据瓦斯浓度时滞响应的特征时间点，计算瓦斯浓度时滞响应的迟滞时间和粘滞增时间；S400：根据生产过程中瓦斯浓度的实时状态，计算瓦斯浓度迟滞响应的实时速率，即迟滞速率；S500：利用瓦斯浓度时滞响应的迟滞速率和粘滞增时间，计算瓦斯浓度在粘滞增响应阶段的实时速率，即粘滞增速率；S600：利用瓦斯浓度时滞响应的迟滞时间、迟滞速率、粘滞增时间和粘滞增速率，计算生产过程中工作面瓦斯浓度调控预警的动态阈值。
[0007]步骤S200中，采煤工作面瓦斯浓度时滞响应的特征时间点包括瓦斯浓度迟滞响应的初始时刻、迟滞响应的结束时刻和粘滞增响应阶段的结束时刻。
[0008]步骤S200具体计算过程为：
S201：设x(t
i
)为统计数据中t
i
时刻采煤工作面的瓦斯浓度，当t
i
满足公式1时，i =0, 1, 2,
ꢀ…
，记t
i = t0，为瓦斯浓度迟滞响应的初始时刻；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）S202：当t
i
满足公式2时，记t
i = t
c
，为瓦斯浓度迟滞响应的结束时刻；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）S203：当t
i
满足公式3时，记t
i = t
n+
，为瓦斯浓度粘滞增响应阶段的结束时刻；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）。
[0009]步骤S300具体计算过程为：S301：采煤工作面瓦斯浓度时滞响应的迟滞时间T
c
如公式4所示，T
c =t
c
‑ꢀ
t0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）S302：采煤工作面瓦斯浓度时滞响应的粘滞增时间T
n+
如公式5所示，T
n+
= t
n+ ‑ꢀ
t
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）。
[0010]步骤S400具体计算过程为：利用生产过程中瓦斯的实时浓度x(t
j
‑2)、x(t
j
‑1)和x(t
j
)，j = 0, 1, 2,
ꢀ…
，计算瓦斯浓度迟滞响应的实时速率，即迟滞速率v
c
(t)，其具体计算过程如公式6所示，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）。
[0011]步骤S500具体计算过程为：利用瓦斯浓度时滞响应的迟滞速率v
c
(t)、粘滞增时间T
n+
，计算瓦斯浓度粘滞增响应阶段的实时速率，即粘滞增速率v
n+
(t)，其具体计算过程如公式7所示，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）。
[0012]步骤S600具体计算过程为：利用瓦斯浓度时滞响应的迟滞时间T
c
、迟滞速率v
c
(t)、粘滞增时间T
n+
和粘滞增速率v
n+
(t)，计算采煤工作面生产过程中瓦斯浓度调控预警的动态阈值如公式8所示，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）。
[0013]式中，1%为采煤工作面设定的瓦斯浓度断电阈值。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：煤矿井工开采采煤工作面瓦斯浓度监测传感器与瓦斯浓度的调控活动所在工位相距较远，瓦斯浓度与其调控活动共同组成的控制系统是典型的时滞后效系统。
[0015]相较于工作面瓦斯浓度原来的断电阈值1%，本专利技术提供的一种获取采煤工作面瓦
斯浓度预警调控的动态阈值的方法，同时将调控活动改变后瓦斯浓度的时滞响应变量及时间变量作为预警阈值的参变量，构建了具有随瓦斯浓度调控时滞效应不同而不同的时变阈值，可有效应对采煤工作面瓦斯浓度调控过程中的时滞后效问题，实现采煤工作面瓦斯浓度的实时准确评价与预警。
附图说明
[0016]图1为本专利技术一种获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法的流程图。
具体实施方式
[0017]下面结合说明书附图对本专利技术做进一步详细解释，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0018]参阅图1所示，一种获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法，该方法首先连续20天每隔20分钟监测记录一次采煤工作面的瓦斯浓度，然后根据连续监测数据计算瓦斯浓度时滞响应的特征时间点，在此基础上，计算瓦斯浓度时滞响应的迟滞时间和粘滞增时间，利用生产过程中瓦斯浓度的实时状态计算瓦斯浓度时滞响应的迟滞速率，而后利用瓦斯浓度时滞响应的迟滞速率、粘滞增时间，计算瓦斯浓度时滞响应的粘滞增速率，最终，利用瓦斯浓度时滞响应的迟滞时间、迟滞速率、粘滞增时间和粘滞增速率，计算生产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法，其特征在于：包括以下步骤，S100：定时连续记录采煤工作面瓦斯浓度的监测数据；S200：根据连续监测数据计算瓦斯浓度时滞响应的特征时间点；S300：根据瓦斯浓度时滞响应的特征时间点，计算瓦斯浓度时滞响应的迟滞时间和粘滞增时间；S400：根据生产过程中瓦斯浓度的实时状态，计算瓦斯浓度迟滞响应的实时速率，即迟滞速率；S500：利用瓦斯浓度时滞响应的迟滞速率和粘滞增时间，计算瓦斯浓度在粘滞增响应阶段的实时速率，即粘滞增速率；S600：利用瓦斯浓度时滞响应的迟滞时间、迟滞速率、粘滞增时间和粘滞增速率，计算生产过程中工作面瓦斯浓度调控预警的动态阈值。2.根据权利要求1所述的获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法，其特征在于：所述的步骤S100中，每隔30分钟记录一次，连续监测统计20天。3.根据权利要求1所述的获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法，其特征在于：所述的步骤S200中，采煤工作面瓦斯浓度时滞响应的特征时间点包括瓦斯浓度迟滞响应的初始时刻、迟滞响应的结束时刻和粘滞增响应阶段的结束时刻。4.根据权利要求3所述的获取采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值的方法，其特征在于：所述的步骤S200具体计算过程为：S201：设x(t
i
)为统计数据中t
i
时刻采煤工作面的瓦斯浓度，当t
i
满足公式1时，i=0, 1, 2,
ꢀ…
，记t
i = t0，为瓦斯浓度迟滞响应的初始时刻；
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（1）S202：当t
i
满足公式2时，记t
i = t
c
，为瓦斯浓度迟滞响应的结束时刻；
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（2）S203：当t
i
满足公式3时，记t
i = t
n+
，为瓦斯浓度粘滞增响应阶段的结束时刻；
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（3）。5.根据权利要求4所述的用于采煤工作面瓦斯浓度预警调控的动态阈值，其特征在于：所述的步骤S300具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王延生，刘波，邓存宝，乔玲，王晓波，杨晓君，郭晓阳，穆晓刚，范楠，穆永亮，刘佳，郝朝瑜，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：