瓦斯超限风险判识方法及预测系统与流程

本发明属于煤矿安全开采领域，涉及一种瓦斯超限风险判识方法及预测系统。

背景技术：

1、煤矿瓦斯超限是煤矿井下空间环境或采掘工作面作业地点发生瓦斯浓度超过规定临界值的异常现象。瓦斯超限是煤矿发生瓦斯爆炸的必要条件，因此避免煤矿井下瓦斯积聚或瓦斯超限是防治煤矿瓦斯爆炸的极其重要的一环，同时也是提供给工人良好作业的环境的必要手段。而瓦斯超限风险的提前判识和预测预警则是防止瓦斯超限的关键。

2、瓦斯超限防治是煤矿瓦斯灾害防治的关键节点，是把复杂的技术问题转化为简洁明确、可操作易检查的重要手段。瓦斯超限防治的首要环节便是超限风险的动态分析、超前预警。而瓦斯灾害影响因素众多、致因复杂，仅凭瓦斯浓度监测数据无法实现灾害精准预警。因此需要提出一种结合各种瓦斯监测数据及采煤工作面监控数据以预测瓦斯超限风险的方法，提高煤矿的瓦斯风险防控水平，确保煤矿正常生产。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种瓦斯超限风险判识方法及预测系统，实现对煤矿采掘工作面的瓦斯浓度预测、瓦斯涌出量预测、以及瓦斯超限风险的非接触式、连续预警，帮助提高煤矿瓦斯防控水平，消除煤矿瓦斯超限，确保生产能力正常发挥，满足煤矿现场瓦斯防治客观需求，实现矿区安全、和谐、稳定，保证矿井安全、智能、高效生产。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、方案一、一种瓦斯超限风险预测系统，其包括数据采集模块、瓦斯涌出量分析模块、瓦斯浓度分析模块、瓦斯含量预测模块和瓦斯超限综合预警模块。

4、数据采集模块用于采集监控数据，为其余模块提供预警基础数据。其中的监控数据包括安全监控、通风监控、抽采监控、矿压监控、气压监控等相关数据信息。

5、瓦斯涌出量分析模块主要用于实时分析采掘工作面的瓦斯涌出量特征的变化情况，并对采掘工作面未来一段时间的瓦斯涌出量进行预测，得到瓦斯涌出量的预测指标。

6、瓦斯浓度分析模块主要用于实时分析采掘工作面瓦斯浓度特征的变化情况，并对煤矿采掘工作面未来一段时间瓦斯浓度序列进行预测，得到瓦斯浓度变化预测曲线以及未来瓦斯浓度可能出现的最大值，获取瓦斯浓度的预测指标。

7、瓦斯含量预测模块用于根据瓦斯涌出量及工作面生产强度实时计算工作面煤层瓦斯含量，并得到工作面当前瓦斯含量预测指标。

8、瓦斯超限综合预警模块根据瓦斯涌出量分析模块、瓦斯浓度分析模块和瓦斯含量预测模块的指标以及瓦斯涌出影响因素指标进行瓦斯超限风险判识，给出瓦斯超限风险大小的预警结果。

9、可选地，瓦斯涌出量特征包括但不限于：工作面移动平均瓦斯涌出量、班次平均瓦斯涌出量、日平均瓦斯涌出量等。

10、可选地，瓦斯浓度特征包括但不限于：移动平均瓦斯浓度、班次瓦斯浓度平均值、瓦斯浓度波动指标、瓦斯浓度移动方差等。

11、方案二、用于方案一所述系统的瓦斯超限风险判识方法，该方法包括以下步骤：

12、s1、对瓦斯超限相关指标分配对应的瓦斯超限风险指数；其中，瓦斯超限风险指数范围为0～15，风险指数越高，表示瓦斯超限风险越大。

13、s2、获取当前煤矿采掘工作面的瓦斯涌出量预测指标、瓦斯浓度预测指标和瓦斯含量预测指标及其他影响因素指标；

14、s3、对当前预警工作面的瓦斯超限风险指数进行累加，得到当前工作面综合瓦斯超限风险指数，并根据所述指数判断瓦斯超限大小：当瓦斯超限风险指数小于15时为低风险，瓦斯超限风险指数在15～25之间时为中风险，瓦斯超限风险指数大于25时为高风险。

15、进一步地，步骤s1中，瓦斯超限相关指标包括但不限于：瓦斯涌出量预测指标、瓦斯浓度预测指标、瓦斯含量预测指标、瓦斯含量指标、瓦斯压力指标、瓦斯涌出量指标、地质构造指标、煤层赋存指标、瓦斯抽采指标、瓦斯浓度指标、矿压监测指标、应力监测指标、防突预测指标、煤体强度指标、通风监测指标、大气压指标、生产强度指标等等。

16、本发明的有益效果在于：本发明通过计算瓦斯浓度及涌出量变化特征，深入分析瓦斯浓度及涌出量数据变化规律，挖掘出瓦斯浓度及涌出量数据所蕴藏的异常因素，并对瓦斯浓度及瓦斯涌出量未来一段时间的预测，得到瓦斯浓度、涌出量可能出现的最大值，用来指导生产强度和相应的瓦斯防治措施。本发明瓦斯超限风险预测即考虑了与瓦斯超限因素直接相关的瓦斯浓度特征及预测值、瓦斯涌出特征及预测值、瓦斯含量预测值，又综合其它地质构造、矿压、抽采、通风、大气压等指标，保障风险预警结果的可靠性；另外瓦斯超限相关基础数据的采集全部实现自动化与无人值守，减少了数据维护所花费的时间，有力节省了人力物力，保证数据及预警结果更新的及时性。

17、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种瓦斯超限风险预测系统，其特征在于：该系统包括数据采集模块、瓦斯涌出量分析模块、瓦斯浓度分析模块、瓦斯含量预测模块和瓦斯超限综合预警模块；所述数据采集模块用于采集监控数据，为其余模块提供预警基础数据；所述瓦斯涌出量分析模块用于获取煤矿采掘工作面瓦斯涌出量的分析和预测指标；所述瓦斯浓度分析模块用于获取煤矿采掘工作面瓦斯浓度的分析和预测指标；所述瓦斯含量预测模块根据瓦斯涌出量及采掘工作面生产强度获取采掘工作面瓦斯含量的预测指标；所述瓦斯超限综合预警模块根据瓦斯涌出量分析模块、瓦斯浓度分析模块和瓦斯含量预测模块的指标以及瓦斯涌出影响因素指标进行瓦斯超限风险判识，给出瓦斯超限风险大小的预警结果。

2.根据权利要求1所述的瓦斯超限风险预测系统，其特征在于：所述瓦斯涌出量分析模块通过实时分析煤矿采掘工作面的瓦斯涌出量特征变化情况，并对采掘工作面未来一段时间的瓦斯涌出量进行预测得到瓦斯涌出量预测指标。

3.根据权利要求1所述的瓦斯超限风险预测系统，其特征在于：所述瓦斯浓度分析模块通过实时分析煤矿采掘工作面的瓦斯浓度特征变化情况，并对采掘工作面未来一段时间的瓦斯浓度序列进行预测，得到瓦斯浓度变化预测曲线以及未来瓦斯浓度的最大值，从而获取瓦斯浓度预测指标。

4.根据权利要求1所述的瓦斯超限风险预测系统，其特征在于：所述监控数据包括安全监控、通风监控、抽采监控、矿压监控和气压监控。

5.用于权利要求1～4中任一项所述系统的瓦斯超限风险判识方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的瓦斯超限风险判识方法，其特征在于：步骤s1中，所述瓦斯超限风险指数范围为0～15，风险指数越高，表示瓦斯超限风险越大。

7.根据权利要求5所述的瓦斯超限风险判识方法，其特征在于：步骤s3中，当前预警工作面的综合瓦斯超限风险指数小于15时为低风险，在15～25之间时为中风险，大于25时为高风险。

技术总结
本发明涉及一种瓦斯超限风险判识方法及预测系统，属于煤矿安全开采技术领域。包括数据采集模块、瓦斯涌出量预测模块、瓦斯浓度预测模块、瓦斯含量预测模块、瓦斯超限综合预警模块。首先通过数据采集模块实现瓦斯浓度、通风、抽采、矿压、生产等数据的在线采集。进而利用各个模块分别得到瓦斯浓度预测指标、瓦斯涌出量预测指标、瓦斯含量预测指标，综合通风、抽采、矿压、生产等数据，再利用瓦斯超限综合预警模块及瓦斯超限判识方法，最终得到反映瓦斯超限风险大小的预警结果。本发明能够挖掘瓦斯监控数据蕴含的瓦斯涌出异常隐患信息，最终获得工作面的瓦斯灾害危险状态及发展趋势，可指导矿井安排生产和制定瓦斯防治措施，有效降低瓦斯超限风险。

技术研发人员：张士岭,李明建,蒲阳,赵旭生,崔俊飞,谈国文,马国龙,和树栋,宋志强,岳俊,廖成,陈森,程晓阳,王麒翔,朱墨然
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16