合肥明信公司《煤礦瓦斯?jié)舛犬惓Ｔ诰€預(yù)警系統(tǒng)》技術(shù)方

煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控與在線異常預(yù)警系統(tǒng)處理方案合肥明信軟件技術(shù)目錄背景條件研發(fā)思緒要挾評價目的體系庫系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)功能系統(tǒng)特點運用案例一、背景條件礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)最根本最重要的功能是實時監(jiān)測礦井各采掘頭面瓦斯、CO、風(fēng)速、溫度等參數(shù)動態(tài)變化情況，并在到達(dá)預(yù)先設(shè)定的報警值進(jìn)展報警，在到達(dá)或超越預(yù)先設(shè)定的斷電值實施監(jiān)控斷電控制功能。然而由于目前礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)只需只需在瓦斯?jié)舛戎档竭_(dá)設(shè)定的某個相對固定報警值才干報警，報警方式較為死板、單一，不能及時對瓦斯異常變化情況進(jìn)展分析和預(yù)警。如：設(shè)定的瓦斯?jié)舛葓缶禐?.8%，目前礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)只需在瓦斯?jié)舛戎档竭_(dá)或超越0.8%才干報警，而瓦斯?jié)舛戎祻?.10%增長至0.79%，平安監(jiān)控系統(tǒng)并不能及時捕捉期間瓦斯?jié)舛犬惓Ｗ兓男畔⒑屯咚乖鲩L幅度。經(jīng)過大量觀測研討發(fā)現(xiàn)，煤礦瓦斯的涌出、突出往往發(fā)生一些規(guī)律的變化。經(jīng)過對這些變化規(guī)律的調(diào)查，結(jié)合計算機技術(shù)，是可以實現(xiàn)瓦斯?jié)舛犬惓ｎA(yù)警的。因此我們結(jié)合煤礦現(xiàn)有平安監(jiān)控系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況，對井下瓦斯采集數(shù)據(jù)進(jìn)展深層次的發(fā)掘和利用，提出了建立<瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控與在線異常預(yù)警系統(tǒng)>，最終實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛仍龇^程實時監(jiān)控和到達(dá)異常預(yù)警的目的。該系統(tǒng)對于預(yù)防瓦斯超限，尤其對于防止煤與瓦斯突出任務(wù)具有重要的意義和較高的運用價值。<瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控與在線異常預(yù)警系統(tǒng)>是基于煤礦平安監(jiān)控數(shù)據(jù)平臺研發(fā)的，配備平安監(jiān)控系統(tǒng)的礦井都可以運用該預(yù)警系統(tǒng)，并且與平安監(jiān)控系統(tǒng)相互獨立，互不影響。系統(tǒng)支持外網(wǎng)預(yù)警方式，登錄互聯(lián)網(wǎng)即可實時監(jiān)測礦井瓦斯?jié)舛犬惓ｎA(yù)警預(yù)告。礦井瓦斯?jié)舛犬惓ｎA(yù)警系統(tǒng)還可以接入平安監(jiān)控系統(tǒng)中的風(fēng)速、CO、溫度等各類模擬量進(jìn)展預(yù)警預(yù)告。目的方向為確保井下瓦斯在發(fā)生異常涌出時能及時報警，及早推測瓦斯變化趨勢，根據(jù)瓦斯增幅判別瓦斯突出事故前兆，為提早采取措施控制異常、及時撤出人員提供珍貴時間，減少或防止事故發(fā)生。我們結(jié)合礦井監(jiān)控的實踐特點和當(dāng)前煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況，對井下瓦斯采集數(shù)據(jù)進(jìn)展深層次發(fā)掘，利用統(tǒng)計學(xué)原理提出了輕量級的短期內(nèi)瓦斯?jié)舛葎討B(tài)的綜合分析異常預(yù)警理念，結(jié)合微軟.NETFramework技術(shù)平臺，研發(fā)<瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控與在線異常預(yù)警系統(tǒng)>。經(jīng)過對瓦斯?jié)舛人查g增幅、瓦斯?jié)舛绕骄翟龇⒔^對瓦斯涌出量等多維目的建立瓦斯要挾評價數(shù)學(xué)模型、瓦斯?jié)舛茸兓厔蓊A(yù)測模型等，實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛仍龇^程實時監(jiān)控和異常預(yù)警的目的。瓦斯預(yù)警系統(tǒng)可兼容礦井現(xiàn)有的KJ2000N、KJ90N、KJ91N等平安監(jiān)控系統(tǒng)。二、研發(fā)思緒<煤礦平安規(guī)程>規(guī)定了煤礦一切礦井必需配備礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)。但礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)只能對瓦斯進(jìn)展實時監(jiān)測，當(dāng)被測點瓦斯?jié)舛瘸揭?guī)定濃度時，強行斷電、報警，而沒有對瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)作進(jìn)一步的分析處置，更沒有對瓦斯增幅趨勢作出預(yù)警。<煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控與在線異常預(yù)警系統(tǒng)>是在現(xiàn)有的煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)根底之上進(jìn)展的開發(fā)，運用要挾評價分析模型對監(jiān)測系統(tǒng)采集的瓦斯數(shù)據(jù)再處置，實現(xiàn)瓦斯涌出異常前兆實時報警。系統(tǒng)研發(fā)思緒如圖所示。異常分析預(yù)警包括三大部分：1、根據(jù)礦井實踐瓦斯涌出歷史數(shù)據(jù)，總結(jié)在不同區(qū)域布置的監(jiān)測點瓦斯涌出變化規(guī)律，建立預(yù)警要挾態(tài)勢的評測目的及目的評價體系庫。按決策心態(tài)對監(jiān)測點設(shè)置監(jiān)測方式；2.結(jié)合監(jiān)測點瓦斯、風(fēng)速時間序列數(shù)據(jù)運用區(qū)間值的模糊綜合評判對測點當(dāng)前瓦斯值的危險性進(jìn)展評價分析，根據(jù)要挾態(tài)勢分析結(jié)果做出當(dāng)前預(yù)警呼應(yīng)；3.結(jié)合測點最近歷史數(shù)據(jù)動態(tài)建立時序分析預(yù)測模型，運用數(shù)據(jù)發(fā)掘工具輔助分析，做出短時間內(nèi)瓦斯?jié)舛戎档念A(yù)測，再對預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)展超前預(yù)警分析。三、要挾評價目的體系庫1.要挾評價目的定義本工程建立瓦斯?jié)舛葎討B(tài)值-歷史時間段平均濃度值增幅衡量目的、瓦斯?jié)舛葎討B(tài)值-前周期歷史值增幅衡量目的、瓦斯涌出量動態(tài)值-瓦斯涌出量平均值增幅衡量目的、瓦斯涌出量動態(tài)值-瓦斯涌出量前周期歷史值增幅衡量目的。圖3-2要挾評價目的集瓦斯?jié)舛人查g增幅目的瞬間增幅目的〔TransientIncrease〕是利用測點當(dāng)前監(jiān)測的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)與前一個巡檢周期瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)進(jìn)展比較，實現(xiàn)增幅預(yù)警。瞬間增幅可經(jīng)過下式計算：

式中Dn——動態(tài)瓦斯?jié)舛菵n-1——前一個巡檢周期瓦斯?jié)舛?/p>

瓦斯?jié)舛绕骄翟龇康钠骄翟龇康摹睞verageIncrease〕是利用測點當(dāng)前監(jiān)測瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)與前N-1個巡檢周期內(nèi)〔t為設(shè)定時間段，n=t/巡檢周期〕一切瓦斯數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)展比較，實現(xiàn)增幅預(yù)警。平均值增幅可經(jīng)過下式計算：，式中A——前N-1個巡檢周期的樣本平均值，Di——實時動態(tài)瓦斯?jié)舛龋珼n+1——當(dāng)前動態(tài)瓦斯?jié)舛取?/p>

絕對瓦斯涌出量預(yù)警目的絕對瓦斯涌出量預(yù)警目的〔AbsoluteIncreaseInGasEmission〕是利用測點的瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速及巷道斷面積計算瞬時絕對瓦斯涌出量，根據(jù)需求可選擇絕對瓦斯量臨界值預(yù)警、瞬間增幅預(yù)警和平均值增幅預(yù)警三種方式。絕對瓦斯涌出量按下式計算：qCH4=60×S×V×C/100

式中qCH4——絕對瓦斯涌出量，m3/min；S——巷道斷面積，m2；V——風(fēng)速，m/s；C——瓦斯?jié)舛龋ァ?/p>

經(jīng)過對礦井采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)展瓦斯涌出規(guī)律總結(jié)，得出礦井各目的的衡量系數(shù)，建立綜合分析模型和評價目的體系，為瓦斯?jié)舛鹊囊獟冻潭确治鎏峁┲R和規(guī)律。當(dāng)前一次采集的瓦斯?jié)舛?、瓦斯?jié)舛绕骄德湓诓煌膮^(qū)間，判別系數(shù)的取值也略有不同。下表為監(jiān)測點布置在采煤任務(wù)面且瓦斯?jié)舛戎翟赱0.2%,0.4%]區(qū)間的各種目的評測系數(shù)。區(qū)間系數(shù)取值偏低能夠引起誤報，提高的話又能夠漏報，取值關(guān)系到預(yù)警性能。在實踐運用中，需根據(jù)礦井歷史數(shù)據(jù)做模型訓(xùn)練和驗證。采煤任務(wù)面回風(fēng)巷、上隅角、巖頭等地點的傳感器目的評測系數(shù)設(shè)置略。2.要挾評價評測體系預(yù)測預(yù)警法是利用數(shù)據(jù)發(fā)掘趨勢預(yù)測實際，構(gòu)建井下測點瓦斯?jié)舛阮A(yù)測模型。運用微軟BI(商業(yè)智能BusinessIntelligence)中的數(shù)據(jù)庫分析效力〔MicrosoftSQLServerAnalysisServices，即SSAS)提供的數(shù)據(jù)發(fā)掘方案，以SSAS自帶的Microsoft時序分析算法為預(yù)測算法根底，建立井下測點的瓦斯?jié)舛劝l(fā)掘構(gòu)造和發(fā)掘模型。以測點瓦斯采集歷史數(shù)據(jù)為根底數(shù)據(jù)分析源，對瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)進(jìn)展了短期預(yù)測。根據(jù)統(tǒng)計回歸模型針對瓦斯?jié)舛茸兓卣鳎A(yù)測前實時導(dǎo)入最新采集數(shù)據(jù)并重構(gòu)測點瓦斯?jié)舛葎討B(tài)預(yù)測模型，預(yù)測模型數(shù)據(jù)的堅持更新的特性，使得對瓦斯?jié)舛鹊念A(yù)測更加準(zhǔn)確、可靠。再對到達(dá)的預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)展類似的超前預(yù)警分析，使得瓦斯預(yù)警更提早。同時提供了發(fā)掘正確性圖表分析輔助功能，如預(yù)測數(shù)據(jù)與實踐數(shù)據(jù)分析比較圖的查詢。3.趨勢預(yù)測及超前預(yù)警瓦斯預(yù)測分析模型預(yù)測分析流程圖預(yù)測分析模型圖四、系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)圖預(yù)警系統(tǒng)組件構(gòu)成內(nèi)網(wǎng)預(yù)警+外網(wǎng)預(yù)警在監(jiān)控中心站內(nèi)網(wǎng)架設(shè)瓦斯預(yù)警Web效力器，該效力器為監(jiān)控中心內(nèi)網(wǎng)以外的礦局域網(wǎng)用戶〔‘一通三防’科室相關(guān)技術(shù)人員、管理人員〕提供井下瓦斯預(yù)警效力。外網(wǎng)用戶經(jīng)過閱讀器即可同步接納預(yù)警音訊、查詢和分析歷史預(yù)警記錄。Web預(yù)警與平安監(jiān)控系統(tǒng)、內(nèi)網(wǎng)各預(yù)警組件完全獨立，防止了外網(wǎng)預(yù)警對監(jiān)控中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)能夠呵斥的平安性、穩(wěn)定性、性能等要挾。系統(tǒng)由內(nèi)網(wǎng)預(yù)警和外網(wǎng)預(yù)警構(gòu)成。預(yù)警系統(tǒng)運轉(zhuǎn)在現(xiàn)有平安監(jiān)控主系統(tǒng)平臺之上，系統(tǒng)僅對采集到的測點數(shù)據(jù)進(jìn)展二次開發(fā)和利用。系統(tǒng)由預(yù)警判別組件、廣播發(fā)送組件、廣播接納組件和廣播轉(zhuǎn)存組件構(gòu)成。預(yù)警判別組件內(nèi)置于SQLServer效力器內(nèi)部，對平安監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集無任何影響；預(yù)警組件與采集數(shù)據(jù)庫之間沒有數(shù)據(jù)交互，不需求訪問平安監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫即可知道能否有預(yù)警音訊。因此，瓦斯?jié)舛犬惓ｎA(yù)警系統(tǒng)與現(xiàn)有平安監(jiān)控系統(tǒng)彼此相互獨立、互不干擾，不影響平安監(jiān)控系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。外網(wǎng)預(yù)警五、系統(tǒng)功能引見系統(tǒng)用戶驗證為保證預(yù)警程序正常運轉(zhuǎn)任務(wù)，防止惡意、誤操作等封鎖程序，導(dǎo)致預(yù)警中斷景象發(fā)生，登錄、退出預(yù)警系統(tǒng)采取用戶驗證機制。用戶登錄、退出預(yù)警程序，都必需輸入用戶名、密碼，閱歷證經(jīng)過才干進(jìn)展相應(yīng)操作。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置為系統(tǒng)進(jìn)展數(shù)據(jù)庫配置、傳感器巡檢周期、周期預(yù)警時間、系統(tǒng)顏色設(shè)置、報警設(shè)置〔語音、彈出窗體繼續(xù)時間〕、網(wǎng)絡(luò)套接口設(shè)置等操作。瓦斯預(yù)警測點管理針對監(jiān)控系統(tǒng)已有分站下的瓦斯測點進(jìn)展預(yù)警設(shè)置。設(shè)置內(nèi)容包括能否公共預(yù)警、能否獨立預(yù)警〔及增幅模板選擇〕、能否絕對量預(yù)警〔及絕對量參數(shù)配置〕、能否瓦斯預(yù)測預(yù)警等。增降幅度值管理可分別編輯瞬間增幅預(yù)警和平均值增幅預(yù)警中每條預(yù)警范圍的下限值、上限值、增降值(%)，方便用戶根據(jù)需求對預(yù)警范圍進(jìn)展部分調(diào)整。控制瓦斯預(yù)警、彈出報警窗口啟動預(yù)警：當(dāng)效力器端接納到需求預(yù)警的測點實時數(shù)據(jù)，根據(jù)測點類別，按照預(yù)先設(shè)置的增降幅度，分析能否需求預(yù)警。假設(shè)需求預(yù)警，那么同時發(fā)出報警聲音和彈出預(yù)警窗口。暫停預(yù)警：預(yù)警功能暫停任務(wù)。外網(wǎng)閱讀功能在平安監(jiān)控系統(tǒng)中心站建立Web效力器，外網(wǎng)用戶直接訪問該效力器即可登錄瓦斯預(yù)警界面，與瓦斯預(yù)警終端數(shù)據(jù)及時同步。同時具備歷史數(shù)據(jù)查尋功能，坐在辦公室即可迅速掌握和分析瓦斯動態(tài)預(yù)警信息。預(yù)警歷史記錄查詢每次瓦斯預(yù)警后保管當(dāng)時測點預(yù)警記錄測點信息、報警時間等詳細(xì)記錄，同時可以以Excel表格的方式進(jìn)展導(dǎo)出，以備今后查詢參考運用。預(yù)警圖表分析系統(tǒng)提供了籠統(tǒng)直觀的曲線趨勢〔預(yù)測〕圖表查詢功能。日志功能系統(tǒng)提供操作日志查詢功能，方便用戶對過往操作進(jìn)展查詢。假設(shè)在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動將異常記錄到錯誤日志中去。系統(tǒng)特點科學(xué)、完善、靈敏的預(yù)警方法直觀的瓦斯曲線分析功能操作方便、運用靈敏預(yù)警方式直觀預(yù)警系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠預(yù)警系統(tǒng)采用C/S〔Client/Server，客戶機/效力器〕和B/S〔Browser/Server，閱讀器/效力器〕兩種架構(gòu)預(yù)警系統(tǒng)兼容目前各大主流監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)軟件創(chuàng)新程度目前礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)只需在瓦斯?jié)舛戎档竭_(dá)設(shè)定的某個相對固定報警值時才干報警，這種報警方式不能及時對瓦斯異常變化情況進(jìn)展分析和預(yù)警。本軟件能捕獲到礦井瓦斯添加過程的細(xì)微變化，主要經(jīng)過平均值預(yù)警、瞬時增幅預(yù)警來對礦井瓦斯緩慢增長及鋸齒狀增出息展預(yù)警。從而在瓦斯?jié)舛戎翟鲩L到單一臨界值〔設(shè)定的0.6或0.8〕之前預(yù)警。(1)瓦斯鋸齒狀變化：針對瓦斯鋸齒狀變化的情形，在上圖中當(dāng)前測點瓦斯?jié)舛日Ｇ闆r下都在0.1%左右動搖，在某一時辰瓦斯?jié)舛戎岛鋈粡?.1%增長到0.4%，在普通監(jiān)控系統(tǒng)中，0.4%還沒到達(dá)預(yù)警臨界值〔普通0.6%以上〕而不會預(yù)警，但在現(xiàn)實中，瓦斯?jié)舛戎邓查g的從0.1%增到0.4%，我們可以斷定此瓦斯測點在此時是異常的，我們應(yīng)該預(yù)警，至少應(yīng)該引起任務(wù)人員的留意。針對瓦斯?jié)舛戎稻徛鲩L的情況，比如上圖，瓦斯?jié)舛戎翟谡Ｇ闆r下或說在之前的幾個小時甚至幾天之內(nèi)，瓦斯?jié)舛炔粩嘣?.23%左右動搖，這段時間內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊钠骄祽?yīng)在0.2%~0.25%之間，但上圖中瓦斯?jié)舛仍?0點以后緩慢的增長，每次增長值都在0.1%以下，一段時間以后，瓦斯?jié)舛戎翟鲩L到0.6%、0.7、甚至0、8以上，在我們的平均值增幅預(yù)警法中，當(dāng)瓦斯?jié)舛仍鲩L到0.6%的時候，當(dāng)前瓦斯?jié)舛认鄬ζ骄?.2%~0.25%而言增長了200%之多，我們就該當(dāng)對當(dāng)前瓦斯測點預(yù)警，而不用等瓦斯值增長到臨界值的時候才預(yù)警。(2)瓦斯緩慢增長：工程實施效果2021年10月30日，安徽煤礦平安監(jiān)察局在合肥組織專家對的研發(fā)報告、測試報告、查新報“煤礦瓦斯?jié)舛犬惓＜胺劳活A(yù)警系統(tǒng)〞進(jìn)展鑒定。專家聽取了工程告及現(xiàn)場運用報告。鑒定意見如下：1、提交的技術(shù)資料齊全，符合鑒定要求。2、該工程利用礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)，對井下瓦斯采集數(shù)據(jù)進(jìn)展深層次發(fā)掘，利用統(tǒng)計學(xué)原理提出了瓦斯?jié)舛葎討B(tài)的綜合分析異常預(yù)警理念，在.NETFramework技術(shù)平臺上，研發(fā)了煤礦瓦斯?jié)舛犬惓＜胺劳活A(yù)警系統(tǒng)。3、該工程在國內(nèi)初次提出了瓦斯?jié)舛人查g增幅法、瓦斯?jié)舛绕骄翟龇ā⒔^對瓦斯涌出量預(yù)警法及瓦斯預(yù)測預(yù)警法，對瓦斯異常變化進(jìn)展及時預(yù)警。4、該系統(tǒng)在淮南礦業(yè)集團謝橋煤礦運用，預(yù)警及時、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。5、該工程對分析瓦斯異常涌出,預(yù)防煤與瓦斯突出具有重要的意義