基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統的製作方法

2023-06-09 02:28:41

專利名稱：基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及煤礦安全技術領域，具體是一種基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統。
背景技術：
煤與瓦斯突出是煤礦下生產過程中發生的一種極其複雜的動力現象，它能在較短的時間內由煤體向巷道或採場突然噴出大量的煤炭及湧出大量瓦斯，並造成一定的，有時是十分巨大的動力效應，它是既瓦斯爆炸之後最嚴重的瓦斯災害，是地應力和瓦斯壓力共同作用的結果。煤與瓦斯突出是目前煤礦威脅重大的事故之一，一直以來，國內外煤界投入了大量人力、物力和財力用於防治煤與瓦斯突出研究。通過以往突出案例數據分析可以發現，煤與瓦斯突出孕育過程中，瓦斯湧出通常會表現出異常的變化趨勢，若能建立符合實際的突出前瓦斯湧出異常的變化趨勢數學模型和辨識系統，則可將其用於突出預警預報，將事故消除在孕育過程中。目前，我國高瓦斯礦井基本上都裝備了瓦斯安全監測系統，但功能大多僅限於瓦斯濃度監測和進行濃度超限斷電控制。實際上，如果對監測系統監測的瓦斯數據進行深入挖掘和開發，利用監測資料進行瓦斯湧出的趨勢分析，實現突出的實時預警和預報是可行的。除此以外，事故預警信息發布後，突出災害是否會發生和擴大化將直接取決於組織管理、應急響應和決策水平，對突出發生的事前、事中、事後各個環節進行有效組織管理，可及時阻止不良發展趨勢，使生產狀態儘快步入良性軌道。因此，建立煤與瓦斯突出早期辨識與實時預警決策支持系統，對於煤與瓦斯突出防控水平的提高，保障煤礦安全生產，具有顯著的社會和經濟效益。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術存在的缺陷，提供一種基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統。本發明的目的可以通過以下技術方案實現:一種基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統，其特徵在於，包括:監控系統數據伺服器，用於實時讀取煤礦安全監控系統瓦斯濃度實時監控數據信息；交換機，用於實現監控數據轉換與傳送；預警系統數據伺服器，用於從監控系統數據伺服器讀取瓦斯濃度數據按預定程序進行數據處理，包括指標計算、指標等級判斷和工作面預警等級判斷、繪圖參數計算，分別保存在數據文件和資料庫中，供客戶終端調用；路由器，連接區域網；區域網；超級終端，進行預警指標信息數據錄入；客戶終端，從區域網接收伺服器端有關預警的實時和動態數據，經系統軟體處理後，實現與瓦斯突出有關預警信息，包括文字、圖形和表格的瀏覽；其中，監控系統數據伺服器、交換機、預警系統數據伺服器位於監控中心區域網，區域網、超級終端和客戶終端位於礦區整體區域網。本系統採用分布式計算模式，預警系統伺服器端從監測系統伺服器端讀取瓦斯濃度數據，進行指標計算、指標等 級判別和工作面等級判別，客戶端則從預警系統伺服器端讀取處理後的指標、等級判別數據，進行繪圖、預警信息表生成和顯示。所述預警指標體系包括:實時指標，包括等效瓦斯濃度、等效瓦斯濃度波動率、等效瓦斯濃度變值頻率增值、均值線、濃度增幅，反映瓦斯湧出異常的本質和現象；現場觀感指標，包括打鑽異常、應力異常、地質構造、煤層變化、工藝、應力集中、其它動力現象:實測和基礎指標，包括鑽屑量、鑽孔瓦斯湧出初速度、煤層基礎信息，反映煤層和瓦斯地質異常。所述預警指標和工作面突出預警等級按嚴重情況分不同等級，預警系統信息按不同預警等級發布。工作面預警等級分為關注、提醒、報警和響應級別，預警系統信息通過聲音報警、屏幕顯示和簡訊發送相結合，發送對象則按預警等級分類。所述預警系統信息流程包括以下步驟:(I)人工錄入現場動態信息和預測指標信息；(2)獲取瓦斯監測系統瓦斯濃度數據，結合事先錄入的動態信息和預測指標信息，通過預警指標體系判斷瓦斯突出指標是否存在異常；(3)如果瓦斯突出指標存在異常，採用預警信息分級發布策略，即根據相應的預警響應等級向預定人群發出預警信息；(4)預警信息分級處置，即根據預警等級啟動相應等級的應急預案，利用區域網和電話通知分管領導、分管科室、調度室和隊調度室等，參照決策支持指南，制定事故處理措施。本發明的有益效果:與現有技術相比，本發明具有以下特點:
1、本發明採用C/S模式，分伺服器端、超級終端和客戶終端，採用分布式計算模式，各模塊具有不同分工，且在區域網範圍內，授權人員可隨時登陸客戶端查看系統運行信息，為決策提供參考。大大提高了系統運行效率、信息覆蓋範圍，為事故的及時處理和決策奠定了基礎。2、本發明採用實時指標、現場觀感指標、實測和基礎指標相結合的預警指標體系，能更全面反映煤與瓦斯突出機理、早期孕育階段及演化過程中的動態趨勢，進而實現煤與瓦斯突出早期準確辨識與預警。3、本發明的預警系統採用計算機自動辨識與人工核審、權威機構和權威人員發布相結合，預警方法通過聲音、屏幕顯示和簡訊發送相結合，預警信息分級發布、分級處置，為突出事故的有效預防、及時控制和防止擴大化提供了保障。


圖1為本發明系統網絡結構示意圖。圖2為本發明預警指標示意圖。圖3為本發明預警信息分級發送示意圖。圖4為本發明預警分級處置示意圖。圖5為本發明預警系統信息流示意圖。圖中:1、監測系統數據伺服器，2、交換機，3、預警系統數據伺服器，4、路由器，5、區域網，6、超級終端，7、客戶終端，8、監控中心區域網，9、礦井區域網。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖1所示，一種基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統，包括:監控系統數據伺服器1，用於實時讀取煤礦安全監控系統瓦斯濃度實時監控數據信息；交換機2，用於實現監控數據轉換與傳送；預警系統數據伺服器3，用於從監控系統數據伺服器讀取瓦斯濃度數據按預定程序進行數據處理，包括指標計算、指標等級判斷和工作面預警等級判斷、繪圖參數計算，分別保存在數據文件和資料庫中，供客戶終端7調用；路由器4，連接區域網5 ;區域網5 ;超級終端6，進行預警指標信息數據錄入；客戶終端7，從區域網5接收伺服器端有關預警的實時和動態數據，經系統軟體處理後，實現與瓦斯突出有關預警信息，包括文字、圖形和表格的瀏覽；其中，監控系統數據伺服器1、交換機2、預警系統數據伺服器3位於監控中心區域網8，區域網5、超級終端6和客戶終端7位於礦區整體區域網。如圖2所示，所述的判斷瓦斯突出指標是否異常的預警指標體系，包括實時指標、現場觀感指標、實測和基礎指標。實時指標是採用監測系統採集的實時數據，經過進一步挖掘總結出的指標。具體包括等效瓦斯濃度(等效濃度)、等效瓦斯濃度波動率(簡稱波動率)、等效瓦斯濃度變值頻率(簡稱頻率)增值、均值線、濃度增幅等，主要反映瓦斯湧出異常的本質和現象，特點是可靈敏反映突出孕育階段的異常湧出、地應力活動和煤巖體變化；現場觀感指標是反映煤與瓦斯·突出早期階段的宏觀和微觀的各種徵兆，可通過現場人員獲得，並人工錄入。具體包括打鑽異常、應力異常、地質構造、煤層變化、工藝、應力集中、其它動力現象等，主要反映瓦斯壓力和地應力異常；實測與基礎指標包括實測指標與基礎指標，實測指標是按《防治煤與瓦斯突出規定》的要求，工作面生產過程採用和測定的突出預測參數，如鑽屑量、鑽孔瓦斯湧出初速度等，而基礎指標是工作面的生產環境，如開採深度、煤層厚度、與斷層的相對位置等，與前述實時指標和現場觀感指標對應，此為靜態評價指標，可作為預警決策參考。如圖3所示，所述的工作面預警等級分為關注、提醒、報警和響應級別，預警信息通過聲音報警、屏幕顯示和簡訊發送相結合，發送對象則按預警等級分類，具體發送對象如下:I)關注等級。發送對象為防突科、相關人員；2)提醒等級。發送對象為生產單位負責人、職能部門負責人；3)報警等級。發送對象為副總、醫務部門、調度室；4)響應等級。礦長、總工、常務副礦長、分管副礦長、安全副礦長、值班(副)礦長、救護隊。如圖4所示，突出警報發布後，可為事故處理提供相應決策支持，本系統針對不同預警等級提供不同處理策略，具體如下:I)關注等級。宣布進入預警期，啟動關注級別預警處置措施。進行重點監控，專人進行工作面現場動態觀測；防突機構就開會研究分析實時、預測和突出危險性基本信息資料；2小時向主管單位負責人匯報一次。2)提醒等級。啟動提醒級別預警處置措施，進行重點監控，專人進行工作面現場動態觀測，異常時及時匯報現場動態；防突機構開會研究分析實時、預測和突出危險性基本信息資料；定時I小時匯報一次，特殊情況隨時匯報；向預定人員發送信息；負有特定職責的人員進入待命狀態，並動員後備人員做好參加應急救援和處置工作的準備。3)報警等級。啟動報警級別預警處置措施，宣布進入響應期，向預定人員發送信息；由副總級負責人召集技術人員對現場進行檢查，對數據進行分析；向總工和礦長匯報，制定處理措施；調集應急救援所需物資、設備、工具，準備應急設施和避難場所，並確保其處於良好狀態、隨時可以投入正常使用。4)響應等級。啟動響應級別預警處置措施，並啟動應急預案；工作面停產、撤人；受突出影響地區要停產和撤人；做好處理突出事故的準備。如圖5所示，為系統預警信息流。瓦斯和風速數據利用瓦斯和風速傳感器採集，通過監測系統數據伺服器傳送給預警系統數據伺服器，進而通過預警信息處理系統進行計算處理，結合人工錄入 的現場動態信息和預測指標信息，判斷瓦斯突出指標是否存在異常，如果是則進入預警響應階段。預警監測中心根據等級向預定對象發出相應的響應預警，同時啟動響應預案，通過區域網、電話和簡訊的方式，向分管領導、分管科室、調度室、隊調度室等發送預警信息，以及時制定突出事故處置措施。以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。如果本發明的這些改動和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型。
權利要求
1.一種基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統，其特徵在於，包括: 監控系統數據伺服器，用於實時讀取煤礦安全監控系統瓦斯濃度實時監控數據信息； 交換機，用於實現監控數據轉換與傳送； 預警系統數據伺服器，用於從監控系統數據伺服器讀取瓦斯濃度數據按預定程序進行數據處理，包括指標計算、指標等級判斷和工作面預警等級判斷、繪圖參數計算，分別保存在數據文件和資料庫中，供客戶終端調用； 路由器，連接局 域網； 區域網； 超級終端，進行預警指標信息數據錄入； 客戶終端，從區域網接收伺服器端有關預警的實時和動態數據，經系統軟體處理後，實現與瓦斯突出有關預警信息，包括文字、圖形和表格的瀏覽； 其中，監控系統數據伺服器、交換機、預警系統數據伺服器位於監控中心區域網，區域網、超級終端和客戶終端位於礦區整體區域網。
2.根據權利要求1所述的基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統，其特徵在於，所述預警指標體系包括: 實時指標，包括等效瓦斯濃度、等效瓦斯濃度波動率、等效瓦斯濃度變值頻率增值、均值線、濃度增幅，反映瓦斯湧出異常的本質和現象； 現場觀感指標，包括打鑽異常、應力異常、地質構造、煤層變化、工藝、應力集中、其它動力現象； 實測和基礎指標，包括鑽屑量、鑽孔瓦斯湧出初速度、煤層基礎信息，反映煤層和瓦斯地質異常。
3.根據權利要求1所述的基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統，其特徵在於，所述預警指標和工作面突出預警等級按嚴重情況分不同等級，預警系統信息按不同預警等級發布。
4.根據權利要求1所述的基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統，其特徵在於，工作面預警等級分為關注、提醒、報警和響應級別，預警系統信息通過聲音報警、屏幕顯示和簡訊發送相結合，發送對象則按預警等級分類。
5.根據權利要求3或4所述的基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統，其特徵在於，所述預警系統信息流程包括以下步驟: (1)人工錄入現場動態信息和預測指標信息； (2)獲取瓦斯監測系統瓦斯濃度數據，結合事先錄入的動態信息和預測指標信息，通過預警指標體系判斷瓦斯突出指標是否存在異常； (3)如果瓦斯突出指標存在異常，採用預警信息分級發布策略，即根據相應的預警響應等級向預定人群發出預警信息； (4)預警信息分級處置，即根據預警等級啟動相應等級的應急預案，利用區域網和電話通知分管領導、分管科室、調度室和隊調度室等，參照決策支持指南，制定事故處理措施。
全文摘要
本發明公開一種基於煤與瓦斯突出孕育發展過程的辨識與跟蹤預警系統，其特徵在於，包括監控系統數據伺服器、交換機、預警系統數據伺服器、路由器、網際網路或區域網、超級終端、客戶端，其中，監控系統數據伺服器、交換機、預警系統數據伺服器位於監控中心區域網，網際網路或區域網、超級終端和客戶端位於礦區整體區域網。本發明採用實時指標、現場觀感指標、實測和基礎指標相結合的預警指標體系，能更全面反映煤與瓦斯突出機理、早期孕育階段及演化過程中的動態趨勢，進而實現煤與瓦斯突出早期準確辨識與預警。
文檔編號E21F17/18GK103244186SQ201310182190
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優先權日2013年5月16日
發明者陳清華, 何剛, 關維娟, 張國樞, 秦汝祥, 鄧明, 楊應迪 申請人:安徽理工大學