一种煤与瓦斯共采作业协调状态实时判识与动态调控方法技术

发明专利技术提供一种煤与瓦斯共采作业协调状态实时判识与动态调控方法。该方法从技术、经济效益角度出发对煤与瓦斯共采作业协调等级进行划分，并针对煤与瓦斯作业协调状态进行实时判识与动态调控。该方法创新性地将煤与瓦斯共采作业过程中的历史作业状态与现阶段作业状态相互结合、综合评价，并依据煤与瓦斯共采作业大数据探索作业指标之间的相互联系，进而建立了考虑历史作业数据与现阶段作业数据综合评价的煤与瓦斯共采作业动静结合实时评价模型，保障评价结果的精确性、实时性与客观性。破解现有难以实施了解煤与瓦斯共采作业协调状态的技术难题。本发明专利技术为预先防范煤与瓦斯共采作业不协调的发生，保障煤矿作业安全提供了有效的技术支撑。效的技术支撑。效的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种煤与瓦斯共采作业协调状态实时判识与动态调控方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全领域，特别涉及一种煤与瓦斯共采作业协调状态实时判识与动态调控方法。

技术介绍

[0002]煤炭作为我国经济发展的重要能源，煤炭资源稳定有序供给将是保障社会经济稳定发展的关键。近年来，我国煤炭开采技术不断发展，煤炭资源得到了充分的开发与利用。但是国内的煤层具有瓦斯压力高、含量大、渗透率低和吸附性强等特点，并随着煤炭开采往深部延伸，这些煤层赋存特点将更加显著，极易引起瓦斯事故的发生。因此，亟需采取有效措施减少瓦斯事故发生，保障煤炭资源安全开发。
[0003]煤矿企业在现有煤炭开采过程中对瓦斯浓度、瓦斯涌出量和瓦斯放散初速度进行定期监测。当井下瓦斯浓度超过既定标准时，煤矿将立即停止井下作业并及时采取相应的瓦斯处理措施，以控制井下瓦斯浓度达到安全作业标准。而停止煤炭开采将直接影响煤炭产量等直接影响煤矿企业的经济收入。此外，通过采用增加井下瓦斯抽采钻孔、提高瓦斯抽采速度等治理瓦斯方法也将进一步增大煤矿企业生产成本。对此，现有研究发现，煤炭开采能有效释放周围岩层压力，增强煤体渗透性，促进瓦斯解吸流动。同时，瓦斯抽采可以减少瓦斯超限和煤与瓦斯突出事故发生，实现作业安全。如果煤与瓦斯抽采之间作业不协调，即瓦斯抽采效果不佳，将削弱煤体强度，易引发瓦斯超限或突出事故发生。此外，煤层压力得不到充分卸压，煤层瓦斯难以解吸抽采，导致瓦斯抽采效率低下，增大生产成本。
[0004]因此，在煤矿开采过程中亟需合理规划煤炭开采与瓦斯抽采进程形成煤与瓦斯协调共采，进而在保障煤矿生产进度的同时减少瓦斯事故的发生。开发一种煤与瓦斯协调共采实时评价与动态调控方法具有重大意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种煤与瓦斯共采作业协调状态实时判识与动态调控方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种煤与瓦斯共采作业协调状态实时判识与动态调控方法，包括以下步骤：
[0007]1)获取煤矿现场作业实际监测数据，明确煤与瓦斯共采作业指标。其中，煤与瓦斯共采作业指标包括煤炭开采作业指标和瓦斯抽采作业指标。所述煤炭开采作业指标包括掘进进尺、回采进尺、矿压和采煤量。所述瓦斯抽采作业指标包括工作面风排瓦斯量、风速、瓦斯抽采量、残余瓦斯含量、钻屑量、
△
h2值、瓦斯放散初速度和钻孔进尺。
[0008]2)将收集得到的煤与瓦斯共采作业指标数据进行数据清洗，剔除无效数据，并以作业时间顺序对指标数据进行排列组合，最后对指标数据进行标准化处理。依据煤矿现场煤与瓦斯共采作业状态划分煤与瓦斯共采等级。其中，将煤与瓦斯共采状态按照作业效率划分为高级协调、中级协调、初级协调和不协调4种等级。以待评价数据列为起始数据(t)，
当煤矿企业第二列数据(t+1)中存在瓦斯问题需停工治理的情况，将待评价的煤与瓦斯共采作业状态定义为不协调。当煤矿企业第三列数据(t+2)中面临瓦斯问题需停工治理的情况，将待评价煤与瓦斯共采作业状态定义为初级协调。当煤矿企业第四列数据(t+3)中面临瓦斯问题需停工治理的情况，将待评价的煤与瓦斯共采作业状态定义为中级协调。当煤矿企业第五列数据(t+4)或在此之后的数据才面临瓦斯问题需停工治理的情况，将此时的煤与瓦斯共采作业状态定义为高级协调。
[0009]在实现煤与瓦斯共采作业状态分级的基础上，结合煤矿企业经济效益将煤与瓦斯共采状态按照经济效益划分为高级协调、中级协调、初级协调和不协调4种等级。当煤与瓦斯共采作业状态为不协调时，无论煤矿企业是否盈利其最终煤与瓦斯共采作业状态均为不协调。当煤与瓦斯共采作业状态为初级协调时，若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益低于煤矿支出时，则其最终煤与瓦斯共采作业状态为不协调，否则仍为初级协调。当煤与瓦斯共采作业状态为中级协调时，若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益维持收支平衡持续一周以上，则此刻最终煤与瓦斯共采作业状态为初级协调，若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益低于煤矿支出时，则最终煤与瓦斯共采作业状态为不协调，若未出现上述两种状况，则煤与瓦斯共采作业状态仍为中级协调。当煤与瓦斯共采作业状态为高级协调时，若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益能够实现煤矿盈利则其煤与瓦斯共采作业状态最终分级结果为高级协调。若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益能够实现煤矿收支平衡则其煤与瓦斯共采作业状态最终分级结果为中级协调。若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益维持收支平衡状态持续了一周以上，则煤与瓦斯共采状态的分级结果为初级协调。若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益低于煤矿支出则其煤与瓦斯共采作业状态最终分级结果为不协调。
[0010]3)对下一阶段煤与瓦斯共采作业进行动态预测评价与静态预测评价，并将动态评价预测结果与静态评价预测进行加权结合。其中，动态预测评价和静态预测评价通过煤与瓦斯共采指标变量预测模型与煤与瓦斯共采实时评价模型相结合实现。所述煤与瓦斯共采实时评价模型包括煤与瓦斯共采静态评价模型和煤与瓦斯共采动态评价模型。步骤3)具体包括以下子步骤：
[0011]3.1)煤与瓦斯共采指标变量预测模型基于当前作业数据对未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段的煤与瓦斯共采作业状态进行预测。
[0012]3.2)将得到的未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段预测指标变量数据代入煤与瓦斯共采静态评价模型中，得到在未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段煤与瓦斯共采作业状态评价结果P
dt+1
、P
dt+2
、P
dt+3
和P
dt+4
。
[0013]3.3)将得到的未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段作业预测数据代入煤与瓦斯共采动态评价模型中得到未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段煤与瓦斯共采作业状态评价结果P
jt+1
、P
jt+2
、P
jt+3
和P
jt+4
。展现现阶段煤与瓦斯共采效果对未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段煤与瓦斯共采效果的影响。
[0014]3.4)将动态评价预测结果与静态评价预测进行加权结合，得到未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段煤与瓦斯共采作业状态实时评价结果P
st+1
、P
st+2
、P
st+3
和P
st+4
。
[0015]4)当未来t+1、t+2、t+3或t+4阶段存在非高级协调的状态时，制定调控方案。基于煤矿现场作业条件明确所能进行调控的调控变量。构建动态调控目标函数，采用智能优化模型实现在可行域内快速寻找目标函数最优值。通过得到的目标函数最优值进一步得到每
个调控变量调控的最优值，进一步形成动态调控方案。
[0016]进一步，步骤3)中，煤与瓦斯共采指标变量预测模型通过对煤与瓦斯指标变量数据进行学习得到。
[0017]进一步，煤与瓦斯共采指标变量预测模型采用LSTM预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤与瓦斯共采作业协调状态实时判识与动态调控方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取煤矿现场作业实际监测数据，明确煤与瓦斯共采作业指标；其中，煤与瓦斯共采作业指标包括煤炭开采作业指标和瓦斯抽采作业指标；所述煤炭开采作业指标包括掘进进尺、回采进尺、矿压和采煤量；所述瓦斯抽采作业指标包括工作面风排瓦斯量、风速、瓦斯抽采量、残余瓦斯含量、钻屑量、
△
h2值、瓦斯放散初速度和钻孔进尺；2)将收集得到的煤与瓦斯共采作业指标数据进行数据清洗，剔除无效数据，并以作业时间顺序对指标数据进行排列组合，最后对指标数据进行标准化处理；依据煤矿现场煤与瓦斯共采作业状态划分煤与瓦斯共采等级；其中，将煤与瓦斯共采状态按照作业效率划分为高级协调、中级协调、初级协调和不协调4种等级；以待评价数据列为起始数据(t)，当煤矿企业第二列数据(t+1)中存在瓦斯问题需停工治理的情况，将待评价的煤与瓦斯共采作业状态定义为不协调；当煤矿企业第三列数据(t+2)中面临瓦斯问题需停工治理的情况，将待评价煤与瓦斯共采作业状态定义为初级协调；当煤矿企业第四列数据(t+3)中面临瓦斯问题需停工治理的情况，将待评价的煤与瓦斯共采作业状态定义为中级协调；当煤矿企业第五列数据(t+4)或在此之后的数据才面临瓦斯问题需停工治理的情况，将此时的煤与瓦斯共采作业状态定义为高级协调；在实现煤与瓦斯共采作业状态分级的基础上，结合煤矿企业经济效益将煤与瓦斯共采状态按照经济效益划分为高级协调、中级协调、初级协调和不协调4种等级；当煤与瓦斯共采作业状态为不协调时，无论煤矿企业是否盈利其最终煤与瓦斯共采作业状态均为不协调；当煤与瓦斯共采作业状态为初级协调时，若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益低于煤矿支出时，则其最终煤与瓦斯共采作业状态为不协调，否则仍为初级协调；当煤与瓦斯共采作业状态为中级协调时，若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益维持收支平衡持续一周以上，则此刻最终煤与瓦斯共采作业状态为初级协调，若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益低于煤矿支出时，则最终煤与瓦斯共采作业状态为不协调，若未出现上述两种状况，则煤与瓦斯共采作业状态仍为中级协调；当煤与瓦斯共采作业状态为高级协调时，若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益能够实现煤矿盈利则其煤与瓦斯共采作业状态最终分级结果为高级协调；若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益能够实现煤矿收支平衡则其煤与瓦斯共采作业状态最终分级结果为中级协调；若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益维持收支平衡状态持续了一周以上，则煤与瓦斯共采状态的分级结果为初级协调；若煤矿企业煤炭开采与瓦斯抽采效益低于煤矿支出则其煤与瓦斯共采作业状态最终分级结果为不协调；3)对下一阶段煤与瓦斯共采作业进行动态预测评价与静态预测评价，并将动态评价预测结果与静态评价预测进行加权结合；其中，动态预测评价和静态预测评价通过煤与瓦斯共采指标变量预测模型与煤与瓦斯共采实时评价模型相结合实现；所述煤与瓦斯共采实时评价模型包括煤与瓦斯共采静态评价模型和煤与瓦斯共采动态评价模型；步骤3)具体包括以下子步骤：3.1)煤与瓦斯共采指标变量预测模型基于当前作业数据对未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段的煤与瓦斯共采作业状态进行预测；3.2)将得到的未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段预测指标变量数据代入煤与瓦斯共采静态评价模型中，得到在未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段煤与瓦斯共采作业状态评价结果P
dt+1
、
P
dt+2
、P
dt+3
和P
dt+4
；3.3)将得到的未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段作业预测数据代入煤与瓦斯共采动态评价模型中得到未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段煤与瓦斯共采作业状态评价结果P
jt+1
、P
jt+2
、P
jt+3
和P
jt+4
；展现现阶段煤与瓦斯共采效果对未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段煤与瓦斯共采效果的影响；3.4)将动态评价预测结果与静态评价预测进行加权结合，得到未来t+1、t+2、t+3和t+4阶段煤与瓦斯共采作业状态实时评价结果P
st+1
、P
st+2
、P
st+3
和P
st+4
。4)当未来t+1、t+2、t+3或t+4阶段存在非高级协调的状态时，制定调控方案；基于煤矿现场作业条件明确所能进行调控的调控变量；构建动态调控目标函数，采用智能优化模型实现在可行域内快速寻找目标函数最优值；通过得到的目标函数最优值进一步得到每个调控变量调控的最优值，进一步形成动态调控方案。2.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯共采作业协调状态实时判识与动态调控方法，其特征在于：步骤3)中，煤与瓦斯共采指标变量预测模型通过对煤与瓦斯指标变量数据进行学习得到。3.根据权利要求2所述的一种煤与瓦斯共采作业协调状态实时判识与动态调控方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹全乐，陈子涵，湛金飞，陈春梅，梁金燕，孔繁杰，赵佳佳，卞政，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：