基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制方法及系统与流程

本发明涉及瓦斯防控机器人集群控制，尤其涉及基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制方法及系统。

背景技术：

1、一直以来，我国煤矿瓦斯防治及煤与瓦斯突出预测预警技术与方法自动化程度低、劳动强度大、现场施工人员多且与“危险源”短兵相接，一旦发生瓦斯事故极易造成人员伤亡，因此煤矿瓦斯灾害是影响煤矿安全生产的重要因素之一，也是制约煤矿资源安全高效开发利用的关键因素之一。随着我国煤炭资源开发的不断深入，复杂地质条件下的煤层越来越多地成为开采对象，这给煤矿瓦斯防治带来了更大的难度和挑战。在复杂地质条件下，如断层、节理、裂隙等影响下，传统的钻孔抽采等方法难以有效地控制和监测煤层中的瓦斯分布和动态变化，也难以及时发现和预警可能发生的危险情况，并采取相应的应急措施。此外，传统方法也存在着高成本、低效率、高风险等缺点，限制了我国在这一领域的科技创新和产业发展。

2、因此，在现有技术水平下，仍然存在着对复杂地质条件下的煤层中的瓦斯防治问题进行更精确、更高效、更安全、更可靠的技术和方法的需求。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明提供了基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制方法及系统，能够解决背景技术中提到的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制方法，包括：

5、获取煤矿采集过程中地质勘探、巷道掘进以及抽采钻孔数据，并进行预处理，建立实时三维地质模型；

6、根据利用采掘工作面的实时数据，建立采掘工作面的精细化模型；

7、根据瓦斯相关参数的历史数据以及抽采钻孔布设数据，结合神经网络训练煤与瓦斯突出机器人神经网络采集模型，并根据异常检测与自适应算法，建立自适应智能预警模型；

8、根据所述实时三维地质模型、采掘工作面的精细化模型、煤与瓦斯突出神经网络模型以及自适应智能预警模型，实现复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制。

9、基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制系统，其特征在于：包括数据采集单元、数据处理单元、算法支撑单元、模型建立单元、逻辑分析与控制单元、服务器单元以及可视化单元，

10、数据采集单元，用于获取煤矿采集过程中的实时数据、采掘工作面的实时数据，以及瓦斯分布历史数据；

11、数据处理单元，用于处理所述数据采集单元获取到的数据，并将处理后的数据传输至算法支撑单元；

12、算法支撑单元，用于为所述数据处理单元处理后的数据以及模型建立单元提供算法支撑；

13、模型建立单元，用于根据所述数据采集单元采集到的数据以及所述算法支撑单元提供的不同算法建立瓦斯防控机器人集群控制的相应模型；

14、逻辑分析与控制单元，用于对所述模型建立单元建立的模型进行逻辑分析与控制，实现复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制；

15、服务器单元，用于存储所述数据采集单元采集的实时数据，进行结构化保存，并保存所述模型建立单元建立的模型，以及所述逻辑分析与控制单元的分析结果；

16、可视化单元，用于通过数据展示方式展示瓦斯分布状况、钻孔效果评估结果，用于管理人员监测。

17、作为本发明所述的基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制系统的一种优选方案，其中：所述数据采集单元包括地质勘探数据采集模块、巷道掘进数据采集模块、抽采钻孔数据采集模块、采掘工作面实时数据采集模块以及瓦斯动态历史数据与实时数据采集模块，

18、所述地质勘探数据采集模块获取煤矿采集过程中的钻孔数据、地震数据以及电磁法数据，所述巷道掘进数据采集模块获取煤矿采集过程中巷道坐标、巷道断面形式和尺寸，所述抽采钻孔数据采集模块获取煤矿采集过程中钻孔坐标、钻孔方向、钻孔深度、钻孔煤岩样品以及钻孔瓦斯测定数据，所述地质勘探数据采集模块、巷道掘进数据采集模块、抽采钻孔数据采集模块向所述数据处理单元中传输获取到的实时数据，并同时与融合处理模块连接；

19、所述数据采集单元中所有模块均与数据更新模块相连，当所述数据更新模块在接收到来自数据采集单元传输来的数据后，向所述服务器单元发送更新数据指令，并同时将本次获取到的数据传输至服务器单元中进行更新。

20、作为本发明所述的基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制系统的一种优选方案，其中：所述数据采集单元还包括，

21、所述采掘工作面实时数据采集模块获取煤矿采集过程中的采掘进度、采掘位置、采掘参数以及采掘设备状态，所述采掘工作面实时数据采集模块通过数据处理单元以及算法支撑单元与采掘工作面精细化模型建立模块连接；

22、所述瓦斯动态历史数据与实时数据采集模块获取煤矿采集过程中瓦斯抽采量、瓦斯浓度、瓦斯压力以及温度的历史与实时数据，所述瓦斯动态历史数据与实时数据采集模块通过数据处理单元以及算法支撑单元与瓦斯防治精细化模型建立模块连接。

23、作为本发明所述的基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制系统的一种优选方案，其中：所述数据处理单元包括数据更新模块、区域网格划分模块以及融合处理模块，

24、所述数据更新模块与所述融合处理模块全双工连接，所述融合处理模块与区域网格划分模块单向连接，所述融合处理模块向所述区域网格划分模块发送融合处理结果，所述数据更新模块与区域网格划分模块单向连接，所述区域网格划分模块向所述数据更新模块发送调整与优化后的数据；

25、所述融合处理模块与三维地质模型建立模块连接，所述融合处理模块用于对所述地质勘探数据采集模块、巷道掘进数据采集模块、抽采钻孔数据采集模块获取到的实时数据进行融合处理，所述融合处理模块与区域网格划分模块连接；

26、当所述区域网格划分模块获取到融合处理结果时，所述区域网格划分模块根据融合处理结果对网格单元进行调整和优化，并将所述调整与优化后的数据传输至所述数据更新模块中，所述数据更新模块与三维地质模型建立模块连接；

27、若识别到所述数据更新模块出现调整与优化后的数据，则所述三维地质模型建立模块根据调整与优化后的数据对三维地质模型进行优化；

28、若未识别到所述数据更新模块出现调整与优化后的数据，则保留原三维地质模型建立模块中建立的三维地质模型。

29、作为本发明所述的基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制系统的一种优选方案，其中：所述算法支撑单元包括深度学习模块、自适应模块、视觉机器人模块、瓦斯防控ai视觉模块、异常检测算法模块以及其他工业互联网技术模块，

30、所述采掘工作面实时数据采集模块与所述其他工业互联网技术模块相连，所述其他工业互联网技术模块用于将采掘工作面划分为若干个有限元单元，每个有限元单元具有对应的空间位置和形态，并赋予其相应的属性值，所述属性值包括采掘进度、采掘位置、采掘参数、采掘设备状态，所述其他工业互联网技术模块与采掘工作面精细化模型建立模块单向相连；

31、所述瓦斯动态历史数据与实时数据采集模块与所述算法支撑单元连接，并通过所述算法支撑单元与异常检测模型建立模块以及瓦斯防治精细化模型建立模块相连，所述瓦斯动态历史数据与实时数据采集模块通过算法支撑单元中的深度学习模块对复杂地质条件下的危险区域进行趋势预测；

32、所述瓦斯动态历史数据与实时数据采集模块通过算法支撑单元中的视觉机器人模块以及瓦斯防控ai视觉模块与所述瓦斯防治精细化模型建立模块连接，对作业场景、传感器铺设位置进行图像识别、定位及监控，获取复杂地质条件下的煤层特征；

33、所述瓦斯动态历史数据与实时数据采集模块通过算法支撑单元中的自适应模块以及异常检测算法模块动态调整深度学习模型和异常检测模型的参数和结构，并与异常检测模型建立模块连接。

34、作为本发明所述的基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制系统的一种优选方案，其中：所述模型建立单元包括三维地质模型建立模块、异常检测模型建立模块、瓦斯防治精细化模型建立模块、采掘工作面精细化模型建立模块、智能打钻模型建立模块、钻孔煤岩识别与地质探测模块以及瓦斯参数随钻测定模块，

35、所述三维地质模型建立模块用于建立三维地质模型来反映复杂地质条件下煤层的结构、物性、应力特征，为瓦斯防治提供基础数据和参数依据；所述异常检测模型建立模块用于建立异常检测模型，对瓦斯浓度低值异常进行分析，识别其原因参数和影响参数；所述瓦斯防治精细化模型建立模块用于建立瓦斯防治精细化模型，所述采掘工作面精细化模型建立模块用于建立采掘工作面精细化模型，所述智能打钻模型建立模块用于通过所述数据采集单元采集到的实时数据以及服务器单元中的历史数据建立智能打钻模型，所述钻孔煤岩识别与地质探测模块用于进行钻孔煤岩识别与地质探测，所述瓦斯参数随钻测定模块用于进行瓦斯参数随钻测定，所述模型建立单元与可视化单元连接，所述可视化单元根据所述模型建立单元中建立的模型产生的数据通过图表或三维模型方法展示瓦斯分布状况、钻孔效果评估结果，用于管理人员监测。

36、作为本发明所述的基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制系统的一种优选方案，其中：所述逻辑分析与控制单元包括大数据智能分析模块以及集群控制指令下发模块，

37、所述逻辑分析与控制单元与数据采集单元以及模型建立单元连接，对所述数据采集单元收集到的数据进行关系分析，并结合所述模型建立单元中的瓦斯防治精细化模型建立模块、智能打钻模型建立模块、钻孔煤岩识别与地质探测模块以及瓦斯参数随钻测定模块完成对瓦斯涌出风险、钻孔效果的评估，并将评估结果通过可视化单元展示给用户，为用户提供优化建议和预警信息；

38、所述集群控制指令下发模块与所述大数据智能分析模块单向连接，所述大数据智能分析模块向集群控制指令下发模块下发对瓦斯涌出风险、钻孔效果的评估结果数据，所述集群控制指令下发模块根据对瓦斯涌出风险、钻孔效果的评估结果数据，利用仿真算法对机器人的钻孔参数、抽采方案进行自动化调优，实现煤层群区域机器人的集群控制。

39、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

40、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

41、本发明的有益效果：本发明提出基于复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制方法及系统，获取煤矿采集过程中地质勘探、巷道掘进以及抽采钻孔数据，并进行预处理，建立实时三维地质模型；根据利用采掘工作面的实时数据，建立采掘工作面的精细化模型；根据瓦斯分布历史数据以及抽采钻孔布设数据，结合神经网络训练瓦斯突出与机器人采集神经网络模型，并根据异常检测与自适应算法，建立自适应智能预警模型；根据所述实时三维地质模型、采掘工作面的精细化模型、瓦斯突出神经网络模型以及自适应智能预警模型，实现复杂地质条件瓦斯防控机器人集群控制。提高煤矿瓦斯治理水平，确保安全高效开采。