一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统及方法，包括：采用设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器采集瓦斯气体浓度，当检测到瓦斯气体浓度超过设定的阈值时，将采集的瓦斯气体浓度输入修订高斯烟羽模型，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，即为瓦斯泄漏源位置；其中，所述修订高斯烟羽模型是通过采用煤矿井下待监测区域的高度和宽度及瓦斯气体碰撞煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面时的反射系数修订高斯烟羽模型得到的。本发明专利技术将有限空间的尺寸及瓦斯气体与壁面的碰撞因素引入高斯烟羽模型，从而得到新的修订高斯烟羽模型，该修订后得到的修订高斯烟羽模型能够用于有限空间内的瓦斯气体泄露源定位。斯气体泄露源定位。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统及方法


[0001]本专利技术涉及煤矿瓦斯检测
，尤其涉及一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统及方法。

技术介绍

[0002]随着半导体产业发展以及人工智能、物联网等技术的应用，高精度传感器结合人工智能算法在工业中应用越来越广泛。将人工智能、传感检测技术等学科技术融合，开展瓦斯气体移动检测研究，能够有效提高瓦斯治理水平，保障煤矿安全生产。现有文献中对于泄漏源的定位都是集中于露天环境下，比如天然气管道泄漏定位。在露天泄露源定位问题中，常用高斯烟羽模型对气体扩散过程进行描述。
[0003]高斯烟羽模型是基于湍流统计理论的气体扩散模型，一般用于连续点源式气体扩散预测。高斯烟羽模型的建立，需满足：a.风速的大小和方向在时间和空间上不变；b.泄露源在气体释放期间强度一致；c.忽略重力的影响；d.扩散区域固定。高斯烟羽模型如下：
[0004][0005]C(x,y,z,H)为气体浓度，mg/m3；Q为气体泄漏速度，mg/s；H为泄漏源高度；μ为风速；σ
y
和σ
z
分别为y和z轴方向上的气体扩散系数。
[0006]但高斯烟羽模型不能用于有限空间气体扩散模拟计算，因此无法应用于煤矿井下有限空间的瓦斯气体泄露源定位。

技术实现思路

[0007]为解决煤矿井下有限空间的瓦斯气体泄露源定位问题，本专利技术提供一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统及方法。
[0008]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0009]一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，包括：
[0010]采用设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器采集瓦斯气体浓度，当检测到瓦斯气体浓度超过设定的阈值时，将采集的瓦斯气体浓度输入修订高斯烟羽模型，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，即为瓦斯泄漏源位置；
[0011]其中，所述修订高斯烟羽模型是通过采用煤矿井下待监测区域的高度和宽度及瓦斯气体碰撞煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面时的反射系数修订高斯烟羽模型得到的。
[0012]优选的，所述修订高斯烟羽模型为：
[0013][0014]C(x,y,z)＝C(x,y,z,H,L)+C(x,y,z,H,D)
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(2)
[0015]其中，C(x,y,z,H,L)、C(x,y,z,H,D)和C(x,y,z)均为瓦斯气体浓度，mg/m3；Q为瓦斯气体泄漏速度，mg/s；H为瓦斯泄漏源高度；μ为风速；σ
y
和σ
z
分别为y轴方向和z轴方向上的瓦斯气体扩散系数；α为瓦斯气体在与煤矿井下待监测区域面的侧壁、顶板和地面碰撞时的反射系数；n为瓦斯气体与煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面的总碰撞次数；L为煤矿井下待监测区域的高度，高度方向与z轴方向一致；D为煤矿井下待监测区域的宽度，宽度方向与y轴方向一致。
[0016]优选的，对修订高斯烟羽模型进行求解具体是：将瓦斯传感器作为粒子，采用粒子群优化算法进行求解。
[0017]优选的，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，具体是：
[0018]构建适应度函数：
[0019][0020]其中，C
i
表示第i个瓦斯传感器检测到的瓦斯气体浓度，C
d
表示采用修订高斯烟羽模型计算得到第i个瓦斯传感器的瓦斯气体浓度；
[0021]对修订高斯烟羽模型进行求解，得到使适应度函数最小的最优解，该最优解对应的坐标为瓦斯气体浓度最大处的位置信息。
[0022]优选的，所述修订高斯烟羽模型的构建方法包括：
[0023]1)采用设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器采集瓦斯气体浓度；
[0024]2)构建修订高斯烟羽模型如下：
[0025][0026]C(x,y,z)＝C(x,y,z,H,L)+C(x,y,z,H,D)
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(2)
[0027]其中，C(x,y,z,H,L)、C(x,y,z,H,D)和C(x,y,z)均为瓦斯气体浓度，mg/m3；Q为瓦斯气体泄漏速度，mg/s；H为瓦斯泄漏源高度；μ为风速；σ
y
和σ
z
分别为y轴方向和z轴方向上的瓦斯气体扩散系数；α为瓦斯气体在与煤矿井下待监测区域面的侧壁、顶板和地面碰撞时的
反射系数；n为瓦斯气体与煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面的总碰撞次数；L为煤矿井下待监测区域的高度，高度方向与z轴方向一致；D为煤矿井下待监测区域的宽度，宽度方向与y轴方向一致；
[0028]3)根据采集到的瓦斯气体浓度，求解修订高斯烟羽模型中的模型参数α、σ
z
和σ
y
，将求解得到的模型参数代入修订高斯烟羽模型，得到修订高斯烟羽模型。
[0029]进一步的，步骤3)中，根据采集到的瓦斯气体浓度，求解修订的高斯烟羽模型中的模型参数，具体为：
[0030]构建适应度函数：
[0031][0032]其中，C
i
表示第i个瓦斯传感器检测到的瓦斯气体浓度，C
d
表示采用修订的高斯烟羽模型计算得到第i个瓦斯传感器处的瓦斯气体浓度；
[0033]对修订高斯烟羽模型进行求解，得到使适应度函数最小时的α、σ
z
、σ
y
，即得到模型参数。
[0034]进一步的，步骤3)中，采用Pasquill方法衡量大气稳定度，根据大气稳定度得到气体扩散系数的参考范围，根据气体扩散系数的参考范围和采集到的瓦斯气体浓度，求解修订的高斯烟羽模型中的模型参数。
[0035]进一步的，将瓦斯传感器作为粒子，采用粒子群优化算法求解修订高斯烟羽模型中的模型参数。
[0036]优选的，所述煤矿井下待监测区域为煤矿巷道。
[0037]一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统，包括设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器，以及中央处理器；
[0038]瓦斯传感器，用于采集瓦斯气体浓度，并传输给中央处理器；
[0039]中央处理器，包含修订高斯烟羽模型，当检测到瓦斯气体浓度超过设定的阈值时，将接收的瓦斯气体浓度输入修订高斯烟羽模型，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，得到瓦斯泄漏源位置；其中，所述修订高斯烟羽模型是通过采用煤矿井下待监测区域的高度和宽度及瓦斯气体碰撞煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面时的反射系数修订高斯烟羽模型得到的。
[0040]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0041]本专利技术为解决煤矿井下有限空间的瓦斯气体泄露源定位问题，对现有的高斯烟羽模型进行了修订，将有限空间的尺寸及瓦斯气体与侧壁、顶板和地面的碰撞因素引入高斯烟羽模型，从而得到新的修订高斯烟羽模型，该修订后得到的修订高斯烟羽模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，包括：采用设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器采集瓦斯气体浓度，当检测到瓦斯气体浓度超过设定的阈值时，将采集的瓦斯气体浓度输入修订高斯烟羽模型，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，即为瓦斯泄漏源位置；其中，所述修订高斯烟羽模型是通过采用煤矿井下待监测区域的高度和宽度及瓦斯气体碰撞煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面时的反射系数修订高斯烟羽模型得到的。2.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，所述修订高斯烟羽模型为：C(x,y,z)＝C(x,y,z,H,L)+C(x,y,z,H,D)
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(2)其中，C(x,y,z,H,L)、C(x,y,z,H,D)和C(x,y,z)均为瓦斯气体浓度，mg/m3；Q为瓦斯气体泄漏速度，mg/s；H为瓦斯泄漏源高度；μ为风速；σ
y
和σ
z
分别为y轴方向和z轴方向上的瓦斯气体扩散系数；α为瓦斯气体在与煤矿井下待监测区域面的侧壁、顶板和地面碰撞时的反射系数；n为瓦斯气体与煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面的总碰撞次数；L为煤矿井下待监测区域的高度，高度方向与z轴方向一致；D为煤矿井下待监测区域的宽度，宽度方向与y轴方向一致。3.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，对修订高斯烟羽模型进行求解具体是：将瓦斯传感器作为粒子，采用粒子群优化算法进行求解。4.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，具体是：构建适应度函数：其中，C
i
表示第i个瓦斯传感器检测到的瓦斯气体浓度，C
d
表示采用修订高斯烟羽模型计算得到第i个瓦斯传感器的瓦斯气体浓度；对修订高斯烟羽模型进行求解，得到使适应度函数最小的最优解，该最优解对应的坐标为瓦斯气体浓度最大处的位置信息。5.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，所述修订高斯烟羽模型的构建方法包括：1)采用设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器采集瓦斯气体浓度；2)构建修订高斯烟羽模型如下：
C(x,y,z)＝C(x,y,z,H,L)+C(x,y,z,H,D)
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(2)其中，C(x,y,z,H,L)、C(x,y,...

【专利技术属性】
技术研发人员：李茂庆，史义存，高震，卫琛浩，马啸，党文龙，李盟洁，李超，景欣瑞，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：