基于监测技术的采煤工作面瓦斯浓度预测预警

为了进行煤矿工作面瓦斯监测浓度预测预警,首先对瓦斯监测数据进行异常数据替代、缺失数据补齐、消噪等预处理,确保瓦斯浓度原始输入数据的完善性。然后利用Lyapunov指数对原始瓦斯涌出量的时间序列进行混沌性识别和相空间重构,以此建立瓦斯涌出量混沌预测数学模型。根据瓦斯浓度预测结果及其预测区间进行预警阈值计算,并对其对应的预警等级进行划分,完成预警信息。实例分析表明,该方法有效地实现了瓦斯灾害预防从事后应急向事前干预的转移,对于煤矿瓦斯灾害防治水平的提高具有重要的现实意义。     

基于无线传感器网络的瓦斯监测系统设计实现

瓦斯灾害严重威胁煤矿安全生产和作业人员的生命安全,对瓦斯浓度进行实时的监测是预防该类事故发生的有效途径之一。通过在井下设置传感器节点,并利用射频芯片构建无线传感器网络,实现了瓦斯实时监测系统,增加了监测数据的稳定性和可靠性。     

基于Memetic算法寻优SVM的瓦斯浓度预测

瓦斯浓度预测是进行煤矿瓦斯灾害表征的一个重要指标,为了提高瓦斯浓度预测模型的预测精度,提出了一种基于Memetic算法寻优的支持向量机预测模型。利用特征提取和特征选择的方法获取最优输入特征集进行降维简化处理,建立支持向量机回归模型,在学习过程中引入Memetic算法对传统支持向量机预测模型进行参数优化。通过用实际监测数据进行验证,结果表明:经过Memetic算法优化后的支持向量机预测模型提高了瓦斯浓度预测的精度。     

基于瓦斯监测数据的矿井通风系统合理性评价

瓦斯监测数据直接反映了矿井风量的紧张状况,反映了矿井通风系统的合理性,各用风地点、各回风巷瓦斯含量的大小直接关系到矿井的安全生产.通过对屯留矿5个主要瓦斯监测地点瓦斯数据的检验,得出该矿瓦斯监测数据基本属于正态分布的结论.鉴于瓦斯含量对评价矿井风量的重要性,提出"矿井稀释瓦斯能力合理度","采掘面稀释瓦斯能力合理度"2个重要评价指标.根据正态分布的3σ原则,将μ+3σ作为评判矿井稀释瓦斯的能力的标准,给出了评价指标隶属函数的确定方法.同时运用改进层次分析法确定评价指标的权重,建立了矿井通风系统合理性评价模型.通过对实际矿井通风系统的合理性评价,取得良好应用效果.     

基于云计算模型的煤矿井下瓦斯预警研究

通过对瓦斯浓度监测数据预处理方法系统分析,寻找其变化规律。提取样本灰色关联度均值以及95%和97%的样本置信上限,进行预警等级的划分,建立了基于云计算模型的煤矿井下瓦斯预警模型。以宁煤集团矿井瓦斯监测数据为例进行研究,实现了瓦斯浓度的实时预警。     

初始瓦斯浓度对爆后气体成分影响研究现状

瓦斯爆炸是煤矿主要灾害之一，初始瓦斯浓度会对爆后有毒有害气体的产生以及浓度变化规律产生重要的影响。瓦斯爆炸后产生的毒害气体是造成群死群伤的主要原因之一，分析初始瓦斯浓度对爆后气体成分影响的研究现状，将为不同初始条件下瓦斯爆炸后气体成分及变化规律提供方向，同时为瓦斯爆炸灾害的控制、救援以及事故调查提供重要的理论依据。     

瓦斯压力在线监测技术在揭煤巷的应用研究

有效监测预警是煤矿瓦斯突出灾害防治的重要环节,我国大多数煤矿主要采用不连续的直接指标法和连续的间接指标法对瓦斯突出灾害进行监测预警,现场缺少瓦斯突出灾害连续直接监测技术。为了获得揭煤巷煤层瓦斯抽放过程中的瓦斯压力变化特征,设计了以连续监测、直接监测为核心的煤矿瓦斯突出灾害实时监测预警系统,采用分区布置多测点实时监测方法,验证了该系统的可靠性和监测数据的准确性,获得了瓦斯压力与抽放时间关系规律。研究表明:煤层瓦斯压力变化与抽放时间、瓦斯解吸状态相关,随着抽放时间延长,煤层瓦斯压力总体上呈降低趋势;随着瓦斯解吸量的增加,煤层瓦斯压力总体上呈升高趋势;随着抽放时间延长,抽放区域瓦斯压力为0.07~0.20 MPa,已低于突出临界值0.74 MPa,验证了煤层瓦斯抽放时间是防治瓦斯突出灾害的重要指标。研究可为煤矿瓦斯突出灾害有效监测预警和防治提供理论基础和技术手段。     

瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统研究与应用

为了解决高瓦斯易自燃煤层工作面采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治智能化程度低、缺乏灾害风险的精准分级管控等问题,构建了以瓦斯抽采与自然发火监测数据为基础、以风险分级智能化管控为核心的瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统。采用API接口调用方式建立数据采集平台,构建了基于多源信息融合、K-Means聚类分析、预警规则知识库等方法的分析预警模型,设计开发了瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统软件,实现了复合灾害的精准监控、风险动态评判和智能预警。在试点工作面的应用结果表明,该系统可直观展示复合灾害监测预警信息,使采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治工作透明化,有效提升了灾害防治的智能化水平。     

基于矿井安全预警系统的瓦斯爆炸治理的研究与应用

为了进一步提高治理瓦斯爆炸灾害事故的水平,寺河煤矿在现有的设备基础上,把计算机技术和瓦斯爆炸预测预警技术相结合,构建一个完整的瓦斯爆炸预警系统,该系统通过实时监测3303工作面空间瓦斯浓度情况及其变化趋势,发现系统预警结果与3303工作面瓦斯浓度的变化情况相一致,表明该预警系统能够对工作面瓦斯爆炸危险做出准确预警,有利于提高煤矿瓦斯爆炸灾害的预测水平,对煤矿的安全生产有着重要的现实意义。     

煤矿井下工作环境中瓦斯变化规律的研究

在分析瓦斯灾害系统的基础上，论述了瓦斯动力系统的特征与系统安全状态的表征量。认为风流中瓦斯浓度的变化规律和特点可以看作瓦斯爆炸灾害系统的状态量。在此基础上，用工作环境中瓦斯浓度的时间序列观测值重构了瓦斯动力系统的相空间。     

矿井瓦斯涌出风险态势分析平台研究

为了更好地实现煤矿瓦斯治理及瓦斯涌出风险超前预警,在井下使用不同类型的监控系统数据采集接口来收集原始数据,利用小波理论对数据进行处理,以获得有效数据。对采掘面瓦斯涌出的外在表现、涌出正常特征、涌出异常特征、影响工作面瓦斯涌出因素进行了分析,同时也研究了采掘面风流中的瓦斯分布规律,确定了井下工作面甲烷传感器悬挂的最佳巷道位置。由此得到的监测数据更能真实地反映瓦斯涌出量,便于更好地掌握瓦斯涌出的影响因素,更有效地进行工作面前方的瓦斯灾害或瓦斯超限的预测预报。矿井瓦斯涌出风险态势分析平台就是基于上述理念研究设计的,该平台能够实现数据存储、查询、分析、计算、参数录入等功能,为矿井瓦斯防治工作提供有效的参考。     

Gas monitoring data anomaly identification based on spatio-temporal correlativity analysis

Based on spatio-temporal correlativity analysis method, the automatic identification techniques for data anomaly monitoring of coal mining working face gas are presented. The asynchronous correlative characteristics of gas migration in working face airflow direction are qualitatively analyzed. The calculation method of asynchronous correlation delay step and the prediction and inversion formulas of gas concentration changing with time and space after gas emission in the air return roadway are provided. By calculating one hundred and fifty groups of gas sensors data series from a coal mine which have the theoretical correlativity, the correlative coefficient values range of eight kinds of data anomaly is obtained. Then the gas monitoring data anomaly identification algorithm based on spatio-temporal correlativity analysis is accordingly presented. In order to improve the efficiency of analysis, the gas sensors code rules which can express the spatial topological relations are suggested. The experiments indicate that methods presented in this article can effectively compensate the defects of methods based on a single gas sensor monitoring data.     

基于LabVIEW的管道甲烷气体监测系统设计

为改善管道甲烷气体浓度超标带来的安全隐患,设计基于LabVIEW的管道甲烷气体监测系统。使用下位机子系统的红外光电传感器采集管道甲烷气体信号数据,将STM8处理器处理后的信号利用网络通信模块传递到上位机子系统,其通过LabVIEW编写的串口程序,在完成串行初始化和数据接收的基础上,数据处理模块采用小波变换方法消除信号中的噪声;根据除噪后的信号,管道甲烷气体浓度检测模块运用谐波检测方法获取管道甲烷气体浓度信息,并保存至数据存储模块;用户使用数据显示模块可以查看保存的信息,以此实现管道甲烷气体监测。实验结果表明,该系统具有良好的红外光电传感器零点稳定性和甲烷气体信号去噪能力,各监测点的甲烷气体浓度检测绝对误差最大仅为1.45%。     

采空区石门负压对氧气浓度场影响的动态演变过程研究

为了研究采空区石门负压对采空区氧气场影响的动态演变过程,采用数值模拟方法构建了某矿综采工作面CFD模型并进行二次开发,模拟了瓦斯抽放石门位于采空区不同位置时采空区的氧气场分布。模拟结果表明:当瓦斯抽放石门位于煤自燃"三带"不同位置时,石门负压对采空区氧气浓度场具有不同影响,其中,石门位于散热带和自燃带范围时,石门负压会不同程度减小自燃带宽度,有效缓解采空区防治煤自燃压力;石门位于窒息带范围时,能缩小回风巷一侧自燃带范围,但由于石门负压导致采空区内部负压过高,工作面向采空区内漏风增加,使运输巷一侧自燃带范围急剧扩张,不利于运输巷一侧采空区防灭火工作。最后,将现场实测数据和模拟结果进行对比,证明了模拟结果的正确性。     

基于实测数据的工作面瓦斯分布场重建

为研究采场瓦斯分布规律,及时发现瓦斯积聚位置及预防瓦斯突出,研究了工作面瓦斯分布场的重建技术.在对工作面瓦斯体积分数分布测量结果进行分析的基础上,探讨了对实测瓦斯体积分数数据的分析扩展原则.对比研究了3种不同插值方法用于瓦斯分布场的重建,其中双立方插值法较好的反映了工作面瓦斯分布情况,提出采用基于最小二乘法的二项式拟合进行双立方外插的瓦斯分布场重建方法.最后研究了减少测点对重建瓦斯分布场的影响,给出在重建瓦斯分布场时瓦斯监测仪的测量位置的设置原则.研究结果显示该瓦斯分布场重建方法可以真实反映采场瓦斯分布,在测量数据减少时具有很好的适应性.     

基于微地震监测技术的顶板高位钻孔优化技术研究

应用微地震监测技术对煤层顶板的裂隙空间进行了监测,并对瓦斯抽放空间的范围进行了探讨,针对微震数据采用Visual Studio平台进行显示功能的开发,并能加载到AutoCAD菜单当中,对微震数据进行了三维展示,显示时间、空间裂隙场的演化过程,以及固定工作面的微震空间分布,并分析了微震场的空间分布特征,根据分析结论编制了高位钻孔瓦斯抽放优化程序,对采场进行了高位钻孔优化,得出了基于微地震监测技术的高位钻孔的优化参数。     

基于WiFi信息获取的矿用多参数气体测定仪设计

针对现有矿用多参数气体检测设备只能单向上传检测数据,无法获取瓦斯抽放管网中其余监测点检测数据,缺乏自动对比分析能力的问题,设计研制了一种基于WiFi信息获取的以嵌入式微控制器为核心的瓦斯抽放管道气体多参数便携式测定仪。该仪器能自动检测瓦斯抽放管网中气体的温度、压力、体积浓度（CH₄、CO、CO₂、O₂）,并根据节流件产生的差压信号计算气体流量。同时,利用WiFi无线通信,仪器能自动获取管网中其余监测点的检测数据并与当前检测结果进行对比分析,提高了各监测点检测结果的可靠性,且能及时发现瓦斯抽放管网中的异常节点,大大提升了瓦斯抽放管网的运行、维护效率。     

采空区瓦斯体积分数区域分布三维实测装置研制与应用

为掌握采空区高瓦斯体积分数区域空间分布范围,自主研发了一种采空区瓦斯体积分数区域分布三维实测装置,其主要由采气头、采气管、瓦斯流量监测装置、集气装置和瓦斯体积分数检测仪组成,可实现对采空区不同空间区域内瓦斯体积分数的三维实测,并成功将该装置运用于现场,对Y型通风靠近留巷侧采空区瓦斯空间分布进行了三维实测。现场实测结果表明:分段留巷Y型通风条件下,近留巷侧采空区在一定空间范围内出现瓦斯集聚现象,其空间范围为沿工作面倾斜方向距沿空留巷30~45 m,沿留巷延伸方向距工作面35~55 m,垂直煤层底板方向距煤层底板15~30 m,瓦斯体积分数最高处可达0.9%;不同工况条件下,近留巷侧采空区高瓦斯区域空间范围基本相同;近留巷侧采空区形成的高瓦斯集聚区域具有严重的瓦斯爆炸威胁,需采取有效措施加强对近留巷侧采空区高瓦斯集聚区域进行监测和治理。     

综采工作面巷道内瓦斯分布规律研究

为了研究综采工作面巷道内瓦斯运移规律，摸清瓦斯流动的状态，采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法，理论分析得到了工作面风流特性及瓦斯运移规律，数值模拟得到了瓦斯异常释放后工作面瓦斯浓度分布变化情况及工作面正常工作瓦斯浓度分布，然后进行现场试验，试验结果和数值模拟结果相似。研究为工作面瓦斯治理提供了技术支持。     

基于单一测点瓦斯异常预报警方法的探讨

通过对当前矿井安全监控系统运行状况的分析,对井下瓦斯采集数据进行深层次挖掘,并进行二次开发和利用,最终达到对瓦斯浓度异常增幅过程实时监控和提前预警的目的。提出了一种将巡检浓度值与巡检时间结合起来的基于单一测点瓦斯异常预报警的方法,并在数理统计学的基础上提出了采用均值置信区间估计的方法来动态设定瓦斯异常预报警模型报警上限值的方法,结合矿井实际进行了相应的验证。