礦井頂板危險報警的方法
2023-04-24 11:57:21 2
專利名稱：礦井頂板危險報警的方法
技術領域：
本發明涉及礦井安全生產技術領域，尤其涉及一種礦井頂板危險報警的方法。
背景技術：
近年來，煤礦開採過程中頻繁發生的重大安全事故。而在各類煤礦事故中，頂板事故仍居前位。隨著生產能力的提高、開採強度的增大和向深部開採轉移，頂板安全等問題越來越凸現，主要體現在三個方面一是以錨杆支護為主要形式的巷道穩定性。現有的支護參數到底有多大安全係數？需要監測手段進行評估及潛在的危險性預測。二是超前支承壓力影響範圍多大？壓力集中程度多高？支承壓力高峰位置在何處？支承壓力前移速度是多少？等等，這些與超前支護和衝擊地壓密切相關傳感要素監測問題；三是回採工作面支護 穩定性和安全性。回採工作面支架工作狀態怎樣？支護是否滿足控制頂板的要求？回採工作面上覆巖層初次來壓與周期來壓步距多大？來壓時對目前支護系統有多大影響等。我國幾乎所有煤礦都面臨開採頂板安全問題，而這些問題往往由於局限於相對落後的監測手段和信息處理技術而被忽略，這是頂板管理不到位的主要原因。參考文獻1(專利申請號=201010126358. O)提供了一種基於多目標監測數據融合的煤礦頂板安全評價方法。該方法採用多目標監測數據融合技術，數據源包括綜採支架壓力傳感器、頂板離層儀和電磁輻射儀。本方案中，根據煤礦實際生產狀況，將煤礦頂板安全狀態定義為3個級別，確定頂板安全狀況的辨識框架。計算機利用基於D-S證據理論數據融合模型對多目標監測傳感器數據的基本概率進行融合，凸顯頂板安全的某一狀態，實現頂板安全狀態的辨識。計算機再根據頂板安全狀態分類決策對融合後的基本概率分配值進行分析，並輸出頂板安全狀態辨識結果，從而實現煤礦頂板安全狀況的評價。其步驟包括第一步根據煤礦實際生產狀況，將煤礦頂板安全狀態定義為3個等級，確定頂板安全狀況的辨識框架，表示為S = {SI，S2，S3}，其中SI代表危險狀態，S2代表臨界狀態，S3代表安全狀態；第二步建立基於D-S證據理論的頂板安全狀態分類決策規則，規則如下I、頂板安全的目標狀態應具有最大基本概率分配值；2、目標狀態的基本概率分配必須大於不確定性基本概率分配值；3、目標狀態的基本概率分配與其他類別的基本概率分配值之差應大於或等於設定閾值O. 20 ；4、目標狀態的不確定性基本概率分配值應小於設定閾值O. 30。第三步計算機採集某一周期煤礦頂板安全監測系統中的多目標傳感器數據，並將採集到的數據進行預處理；第四步計算機應用基於D-S證據理論的多源數據融合算法對各類傳感器數據進行融合，凸顯頂板安全的某一狀態，實現頂板安全的辨識；第五步計算機根據第二步提出的頂板安全狀態分類決策規則對融合後的基本概率分配值進行分析，並輸出頂板安全辨識結果，從而實現煤礦頂板安全狀況的評價。然而，在實現本發明的過程中，申請人發現上述的礦井頂板安全分級方式存在如下技術缺陷(I)由於不確定命題基本概率很難確定，方法看似簡單但在實際場景下卻很難實行；(2)安全狀態表劃分不詳細，不利於煤礦根據不同危險情況制定預案，且增大了誤判的概率，而一旦誤判將會導致嚴重的後果。
發明內容
(一)要解決的技術問題·為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種礦井頂板危險報警的方法，以提高其在實際場景下的實用性。(二)技術方案根據本發明的一個方面，提供了一種礦井頂板危險報警的方法，該方法包括步驟A，採集礦井頂板的傳感要素集中每一傳感要素的傳感器值；步驟B，對於所述傳感要素集中每一個傳感要素，將傳感器值分別代入相應評判集中每個安全級別的隸屬函數，得到其隸屬度，得到的多個隸屬度組成該傳感要素的模糊子集向量；步驟C，所述傳感要素集中多個傳感要素的所述模糊子集向量按序組成二維模糊關係矩陣；步驟D，將所述二維模糊關係矩陣與指標權重向量做矩陣乘法，其中，所述指標權重向量中的第k個值為傳感要素集中第k個傳感要素的權重；步驟E，從所述矩陣乘法的向量結果中提取最大分量，該最大分量對應相應評判集中的安全級別即為所述礦井頂板的安全級別；步驟F，如果該安全級別高於預設的安全級別，則發出報警信號。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明礦井頂板危險報警的方法具有以下有益效果(I)通過模糊綜合評判作為煤礦頂板安全級別的評判方法，以傳感器測量數據為依據，實用性好，評判結果準確性高；(2)通過模糊算法，更有利於評判出介於安全與嚴重危險之間的安全級別，避免引入概率因子有可能引起的誤判；(3) 5級安全評價分級更加準確的給出了煤礦頂板的狀況。
圖I為根據本發明實施例礦井頂板安全報警方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示範，但應了解，參數無需確切等於相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似於相應的值。本發明礦井頂板安全報警的方法中，採集多傳感器數據(包括支架壓力值、立柱伸縮量值、鑽孔應力值、錨杆(索)應力值和圍巖移動值，其中支架壓力值和立柱伸縮量值為基礎值，其餘傳感器值為可選值)，利用模糊綜合評定方法建立數學模型對採集的多傳感器數據進行融合和分析，獲得煤礦頂板安全級別的判定，並根據該安全級別進行報警在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種礦井頂板危險報警的方法。如圖I所示，該方法包括步驟A，採集礦井頂板的傳感要素集中每一傳感要素的傳感器值U ；以包含5個傳感要素的傳感要素集U = {Ul，U2,……，U5I為例，U1代表支架壓力傳感要素，U2代表立柱伸縮量傳感要素，U3代表鑽孔應力傳感要素，U4代表錨杆/索應力傳感要素，U5代表圍巖移動傳感要素，其中支架壓力傳感要素U1和立柱伸縮量傳感要素U2為基礎傳感要素，其餘傳感要素為可選傳感要素，並且傳感要素的個數還可以擴展。其中，傳感要素集U中指標的順序和後續的模糊關係矩陣與模糊子集W的順序相關，其可以根據需要進行調整。步驟B，對於傳感要素集U中每一個傳感要素，將傳感器值分別代入相應評判集中每個安全級別的隸屬函數，得到其隸屬度，得到的多個隸屬度組成該傳感要素的模糊子集
向量;對於每一個傳感要素，以包含5個安全級別的評判集V = Iv1, V2, V3, v4, vj為例，其中W1代表安全，V2代表輕度危險，V3代表中度危險，V4代表重度危險，V5代表嚴重危險。此外，評判集中危險級別的數目可根據現場實際應用確定，不局限於以上所列5種。根據歷史經驗數據，確定傳感要素集U中每個傳感要素Ui在評判集中每個安全級別Vj中的上限組成評價分級表,其中i = 1、2、3、4、5 ;j = 1、2、3、4、5。其中，評價分級表如下評價分級表
權利要求
1.一種礦井頂板危險報警的方法，其特徵在於，包括 步驟A，採集礦井頂板的傳感要素集中每一傳感要素的傳感器值； 步驟B，對於所述傳感要素集中每一個傳感要素，將傳感器值分別代入相應評判集中每個安全級別的隸屬函數，得到其隸屬度，得到的多個隸屬度組成該傳感要素的模糊子集向量; 步驟C，所述傳感要素集中多個傳感要素的所述模糊子集向量按序組成二維模糊關係矩陣，該二維模糊關係矩陣中第i行對應第i個傳感要素的模糊子集向量； 步驟D，將所述二維模糊關係矩陣與指標權重向量做矩陣乘法，其中，所述指標權重向量中的第k個值為傳感要素集中第k個傳感要素的權重； 步驟E，獲得所述矩陣乘法的向量結果，該矩陣乘法向量結果對應評判集的安全級別與各傳感要素對應評判集的安全級別相對應；從該向量結果中提取最大分量，該最大分量對應評判集中的安全級別即為所述礦井頂板的安全級別； 步驟F，如果該安全級別高於預設的安全級別，則發出報警信號。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟A中，所述傳感要素集至少包括以下傳感要素支架壓力和立柱伸縮量。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述傳感要素集還可以包括以下傳感要 素其中的一個或多個鑽孔應力、錨杆/索應力、圍巖移動。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述傳感要素集還可以包括以下傳感要 素其中的一個或多個頂板離層數據、電磁輻射數據、微地震數據和常規礦壓數據。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟B中，所述傳感要素集中各傳感要素對應評判集及矩陣乘法向量結果對應評判集的安全級別的個數相同，均為大於等於3的整數。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述傳感要素集中每一個傳感要素對應評判集的安全級別個數為5，分別為安全、輕度危險、中度危險、重度危險和嚴重危險。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述步驟B中，傳感要素Ui的傳感器值X在其對應評判集V中安全級別\的隸屬函數為
8.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟D中，所述傳感要素集U中第k個傳感要素的權重值
9.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟E中，所述矩陣乘法的向量結果中的各個分量為礦井頂板在對應評判集中各安全級別的隸屬度； 最大分量在所述向量結果中的序號對應礦井頂板的安全級別在評判集中的序號。
10.根據權利要求I至9中任一項所述的方法，其特徵在於，所述步驟F中發出報警信號為 發出聲/光報警信號； 向上位機發送報警信號；或 向礦井中作業的工作人員發出報警信號。
全文摘要
本發明提供了一種礦井頂板危險報警的方法。本方法中，採集多傳感器數據，利用模糊綜合評定方法建立數學模型對採集的多傳感器數據進行融合和分析，獲得煤礦頂板安全級別的判定，並根據該安全級別進行報警。本發明以傳感器測量數據為依據，實用性好，評判結果準確性高。
文檔編號E21F17/18GK102913285SQ20121043535
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者李學恩 申請人:中國科學院自動化研究所