合肥明信公司《煤矿瓦斯浓度异常在线预警系统》技术方案

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1、煤矿瓦斯浓度监控与在线异常预警系统解决方案合肥明信软件技术有限公司目录背景条件研发思路威胁评估指标体系库系统架构系统功能系统特点应用案例一、背景条件矿井安全监控系统最基本最重要的功能是实时监测矿井各采掘头面瓦斯、CO、风速、温度等参数动态变化情况，并在达到预先设定的报警值进行报警，在达到或超过预先设定的断电值实施监控断电控制功能。然而由于目前矿井安全监控系统只有只有在瓦斯浓度值达到设定的某个相对固定报警值才能报警，报警方式较为死板、单一，不能及时对瓦斯异常变化情况进行分析和预警。如：设定的瓦斯浓度报警值

2、为0.8%，目前矿井安全监控系统只有在瓦斯浓度值达到或超过0.8%才能报警，而瓦斯浓度值从0.10%增长至0.79%，安全监控系统并不能及时捕捉期间瓦斯浓度异常变化的信息和瓦斯增长幅度。经过大量观测研究发现，煤矿瓦斯的涌出、突出往往发生一些规律的变化。通过对这些变化规律的考察，结合计算机技术，是能够实现瓦斯浓度异常预警的。因此我们结合煤矿现有安全监控系统的运行情况，对井下瓦斯采集数据进行深层次的挖掘和利用，提出了建立《瓦斯浓度监控与在线异常预警系统》，最终实现对瓦斯浓度增幅过程实时监控和达到异常预警的目

3、的。该系统对于预防瓦斯超限，尤其对于防止煤与瓦斯突出工作具有重要的意义和较高的应用价值。《瓦斯浓度监控与在线异常预警系统》是基于煤矿安全监控数据平台研发的，装备安全监控系统的矿井都可以使用该预警系统，并且与安全监控系统相互独立，互不影响。系统支持外网预警方式，登录互联网即可实时监测矿井瓦斯浓度异常预警预报。矿井瓦斯浓度异常预警系统还可以接入安全监控系统中的风速、CO、温度等各类模拟量进行预警预报。目标方向为确保井下瓦斯在发生异常涌出时能及时报警，及早推测瓦斯变化趋势，根据瓦斯增幅判断瓦斯突出事故前兆，为

4、提前采取措施控制异常、及时撤出人员提供宝贵时间，减少或避免事故发生。我们结合矿井监控的实际特点和当前煤矿安全监控系统的运行状况，对井下瓦斯采集数据进行深层次挖掘，利用统计学原理提出了轻量级的短期内瓦斯浓度动态的综合分析异常预警理念，结合微软.NETFramework技术平台，研发《瓦斯浓度监控与在线异常预警系统》。通过对瓦斯浓度瞬间增幅、瓦斯浓度平均值增幅、绝对瓦斯涌出量等多维指标建立瓦斯威胁评估数学模型、瓦斯浓度变化趋势预测模型等，实现对瓦斯浓度增幅过程实时监控和异常预警的目的。瓦斯预警系统可兼容矿井

5、现有的KJ2000N、KJ90N、KJ91N等安全监控系统。二、研发思路《煤矿安全规程》规定了煤矿所有矿井必须装备矿井安全监控系统。但矿井安全监控系统只能对瓦斯进行实时监测，当被测点瓦斯浓度超过规定浓度时，强行断电、报警，而没有对瓦斯浓度数据作进一步的分析处理，更没有对瓦斯增幅趋势作出预警。《煤矿瓦斯浓度监控与在线异常预警系统》是在现有的煤矿安全监控系统基础之上进行的开发，应用威胁评估分析模型对监测系统采集的瓦斯数据再处理，实现瓦斯涌出异常前兆实时报警。系统研发思路如图所示。异常分析预警包括三大部分：1

6、、根据矿井实际瓦斯涌出历史数据，总结在不同区域布置的监测点瓦斯涌出变化规律，建立预警威胁态势的评测指标及指标评价体系库。按决策心态对监测点设置监测方式；2.结合监测点瓦斯、风速时间序列数据应用区间值的模糊综合评判对测点当前瓦斯值的危险性进行评估分析，根据威胁态势分析结果做出当前预警响应；3.结合测点最近历史数据动态建立时序分析预测模型，使用数据挖掘工具辅助分析，做出短时间内瓦斯浓度值的预测，再对预测数据进行超前预警分析。三、威胁评估指标体系库1.威胁评估指标定义本项目建立瓦斯浓度动态值-历史时间段平均浓

7、度值增幅衡量指标、瓦斯浓度动态值-前周期历史值增幅衡量指标、瓦斯涌出量动态值-瓦斯涌出量平均值增幅衡量指标、瓦斯涌出量动态值-瓦斯涌出量前周期历史值增幅衡量指标。图3-2威胁评估指标集瓦斯浓度瞬间增幅指标瞬间增幅指标（TransientIncrease）是利用测点当前监测的瓦斯浓度数据与前一个巡检周期瓦斯浓度数据进行比较，实现增幅预警。瞬间增幅可通过下式计算：式中Dn——动态瓦斯浓度Dn-1——前一个巡检周期瓦斯浓度瓦斯浓度平均值增幅法指标平均值增幅指标（AverageIncrease）是利用测点当前监

8、测瓦斯浓度数据与前N-1个巡检周期内（t为设定时间段，n=t/巡检周期）所有瓦斯数据的平均值进行比较，实现增幅预警。平均值增幅可通过下式计算：，式中A——前N-1个巡检周期的样本平均值，Di——实时动态瓦斯浓度，Dn+1——当前动态瓦斯浓度。绝对瓦斯涌出量预警指标绝对瓦斯涌出量预警指标（AbsoluteIncreaseInGasEmission）是利用测点的瓦斯浓度、风速及巷道断面积计算瞬时绝对瓦斯涌出量，根据需要可选择绝对瓦斯量临界值预警