基于趋势与状态的瓦斯动力灾害声发射监测预警方法与流程

本发明涉及矿井生产领域，具体涉及一种基于趋势与状态的瓦斯动力灾害声发射监测预警方法。

背景技术：

煤岩瓦斯动力灾害给煤矿企业带来的损失及影响是巨大的，尤其以煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害最为典型，严重威胁矿井安全生产。目前对于煤岩瓦斯动力灾害预测主要通过布置钻孔、测定相关参数来实现，但钻孔布点位置的合理性、钻孔的施工质量以及不同煤层瓦斯赋存条件下突出预测指标的敏感性对预测结果的影响较大，属非连续点预测方法，且无法实现实时预测预警。声发射预测技术是一种非接触式预测技术，具备实时、动态、连续预测等特点，但是声发射监测数据量大，在大量数据中如何快速、准确的对数据进行统计分析、提取可用有效信息，以实现煤岩瓦斯动力灾害的在线综合预警方法显得非常重要，同时快速、准确的使用数据，提取有效的信息也是智能化矿山、数字化矿山建设的必要条件。

为此，需要一种新型的基于趋势与状态的瓦斯动力灾害声发射监测预警方法，用以克服上述缺陷，实现瓦斯动力灾害的预警。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种生产矿井煤岩瓦斯动力灾害声发射监测综合预警方法，能实现工作面作业期间的煤岩瓦斯动力灾害预测预警功能。

1.一种基于趋势与状态的瓦斯动力灾害声发射监测预警方法，包括以下步骤；

a：将声发射信号发生器安装于监测位置，连续采集声发射信号发生器发出的声发射信号，提取出真实有效的声发射特征参数；

b：依据矿井作业的运作班次将一个综合预警的判识周期定义为8小时；

c：采用多个正常班次判识周期的声发射特征参数作为样本，计算出样本的平均值为n，n作为正常状态的预警阈值；

d：选定一个待测判识周期定义为x，提取出这个x的声发射特征参数为m，将步骤c中的n作为对比参数，若m＞n，则此时的状态判识结果为需要开启状态预警；

e：将步骤d中的x均分为四个时间段，提取出所述四个时间段的声发射特征参数分别为a、b、c和d，根据以下公式判断四个时间段的趋势变化情况，确认趋势判识结果是否需要开启趋势预警信号，

上述表达式中，num·gtzero(m，n，k)函数表示数值m，n，k中大于0的个数，max()为求最大值函数；

f：根据步骤d中的状态判识结果以及步骤e中的趋势判识结果，若状态判识结果和趋势判识结果同时需要开启预警信号，则该综合预警判识周期最终输出开启预警信号，否则不输出开启预警信号。

进一步，所述步骤c中平均值n采用计算方法如下：

式中，ni表示第i个正常情况作业班次所对应的声发射特征参数总和，j表示历史数据中正常情况作业班次个数，且要求j≥20。

进一步，所述步骤a中提取出有效的声发射特征参数已经祛除了各种干扰因素。

本发明的有益效果是：

通过本技术方案的基于趋势与状态的瓦斯动力灾害声发射监测预警方法实现大数据情况下的智能预警功能，简化数据分析工作量，提高灾害判识准确性及判识效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明综合预警流程图。

具体实施方式

图1为本发明综合预警流程图；如图所示；一种基于趋势与状态的瓦斯动力灾害声发射监测预警方法，包括以下步骤；

a：将声发射信号发生器安装于监测位置，连续采集声发射信号发生器发出的声发射信号，提取出真实有效的声发射特征参数；有效、真实声发射特征参数指标数据是对比矿井作业工序及作业情况、信号频率分布、波长等因素综合分析然后提取确定，煤岩体声发射真实信号的主频50～500hz之间，波形对称，而人为敲击所产生的声发射信号主频不超过50hz，波形不对称。声发射特征参数有多个指标，而作为趋势与状态结合的声发射监测预警综合方法选取的特征参数指标是根据其对于作业情况表现出的敏感性确定，选择敏感性高的指标作为声发射综合预警的特征参数。

b：依据矿井作业的运作班次将一个综合预警的判识周期定义为8小时；预警判识周期为8h主要是依据矿井实际班次的时间(早班8:00——16:00，中班16:00——24:00，晚班0:00-8:00)，并与之对应，如在中班开始前根据早班的声发射信号给出预警信息，以指导中班作业，有利于预警信息的及时发布与传达。

c：采用多个正常班次判识周期的声发射特征参数作为样本，计算出样本的平均值为n，n作为正常状态的预警阈值；

d：选定一个待测判识周期定义为x，提取出这个x的声发射特征参数为m，将步骤c中的n作为对比参数，若m＞n，则此时的状态判识结果为需要开启状态预警；

e：将步骤d中的x均分为四个时间段，提取出所述四个时间段的声发射特征参数分别为a、b、c和d，根据以下公式判断四个时间段的趋势变化情况，确认趋势判识结果是否需要开启趋势预警信号，以2小时为一个时间段分项统计待判识周期内的声发射有效特征参数数，得到待判识周期内的4个“2小时”所对应的特征参数统计值为a、b、c、d，根据a、b、c、d的数值趋势变化情况确立是否输出预警信号

上述表达式中，num·gtzero(m，n，k)函数表示数值m，n，k中大于0的个数，max()为求最大值函数；

f：根据步骤d中的状态判识结果以及步骤e中的趋势判识结果，若状态判识结果和趋势判识结果同时需要开启预警信号，则该综合预警判识周期最终输出开启预警信号，否则不输出开启预警信号。只有趋势与状态两种输出都需要开启预警时，才最终开启预警，通过两种情况进行综合判断，提升了结果的准确性。

本实施例中，所述步骤c中平均值n采用计算方法如下：

式中，ni表示第i个正常情况作业班次所对应的声发射特征参数总和，j表示历史数据中正常情况作业班次个数，且要求j≥20。

本实施例中，所述步骤a中提取出有效的声发射特征参数已经祛除了各种干扰因素。提取出有效特征参数主要是结合矿井的作业工序进行提取，对应声发射监测地点的作业情况，通过对比作业时间与信号接收时间去除人为作业所产生的声发射特征参数，比如打钻、爆破、注水等工序产生的信号；同时根据声发射信号频率分布、波长等因素滤除其余干扰信号。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。