利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤矿安全领域，特别涉及一种利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面 生产工序的方法。
【背景技术】
[0002] 国家安全监管总局和国家煤矿安监局在2013年签发的28号文件强调要完善安全 监控系统，建立煤与瓦斯突出事故自动报警系统，W及瓦斯涌出量和波动范围的自动预测， 及时发出断电指令、通知相关人员。该就要求对监控系统监测到的瓦斯浓度进行深入分析 和数据挖掘，而在矿井生产过程中，不同的生产工序瓦斯浓度的特征规律和表现形式又是 不一样的。所W要做好瓦斯浓度数据的深度挖掘和二次利用，首先要能够正确区分当前的 生产工序。目前煤矿安全监控系统可W通过安装开停传感器对回采工作面的采煤机进行监 测，可W在一定程度上确定采煤机处于何种运转状态。但是对一些没有安装掘进机开停传 感器的掘进巷道和炮掘巷道，监控系统无法获得当前生产的工序，对瓦斯浓度的分析往往 不能准确的把握当前生产工序的特征点，也就不能通过对瓦斯浓度数据的深度挖掘，得出 符合现场实际状况的安全状态。
[0003] 另外，按照《煤矿监控系统手册》要求，煤矿安全监控系统规定了系统的最大巡检 周期应不大于30s。同时《煤矿安全规程》中也详细规定了井下掘进工作面中瓦斯传感器 的安装数量和位置，高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进 工作面，必须在工作面及回风流中设置瓦斯传感器。对于煤矿掘进巷道，无论是机掘还是炮 掘，至少存在一个瓦斯传感器用W监测巷道的瓦斯涌出状况，煤矿安全监控系统能监测到 不大于30s巡检周期的瓦斯浓度时间序列值，通过观察煤矿安全监控系统监测到的不大于 80s巡检周期的瓦斯浓度时间序列值曲线图，可W人工手动识别瓦斯浓度的变化从而得知 当前生产的工序，人工手动识别虽然较为准确，但是效率低下且工作繁琐，更无法做到实时 去识别和判断生产工序。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种效率较高、实时性较好的利用瓦斯浓度时间 序列识别矿井工作面生产工序的方法。
[0005] 实现本发明目的的技术方案是提供一种利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面 生产工序的方法，包括如下步骤： ① 通过现有的煤矿安全监控系统获得其瓦斯传感器监测到的矿井工作面的巡检周期 不大于30s的巷道瓦斯浓度时间序列值； ② 对步骤①得到的巷道瓦斯浓度时间序列值做3至10次不同时间间隔的数据均匀化 处理，W抹平由于瓦斯传感器自身的波动造成的数据波动从而减少噪声数据降低误差，各 次数据均匀化处理的时间间隔至少为30砂； ③ 对步骤②得到的均匀化处理后的各巷道瓦斯浓度时间序列值进行有效性验证；新的 均匀化处理后的各巷道瓦斯浓度时间序列值和原始的巷道瓦斯浓度时间序列值之间的关 系可W通过相关性来描述，计算均匀化处理后的各巷道瓦斯浓度时间序列值与对应的步骤 ①得到的原始巷道瓦斯浓度时间序列值之间的相关系数，如果均匀化处理后的各巷道瓦斯 浓度时间序列值相关系数大于0. 80,则按照相关系数进行排序，选择相关系数最大的均匀 化处理后的巷道瓦斯浓度时间序列值进行下一个步骤；如果所有均匀化处理后的巷道瓦斯 浓度时间序列值的相关系数均小于0. 80,则本方法不适用识别该矿井工作面的生产工序； ④利用通过步骤③验证得到的相关系数大于0. 80且最大的均匀化处理后的巷道瓦斯 浓度时间序列值识别相应的生产工序：通过计算所选浓度时间序列值的瓦斯相邻浓度点的 斜率值的方法来识别工作面的生产工序，当斜率值大于M的时候，M的值取0. 05 + 0. 02,掘 进面的状态为从没有开始掘进到开始掘进状态，当前正处于掘进状态；在掘进状态W后，当 瓦斯浓度时间序列的斜率小于-M时，掘进面的状态为从掘进状态到停止掘进状态，当前正 处于非掘进状态；当瓦斯浓度时间序列的斜率值在-M?M之间时，认为当前生产工序没有 发生变化，记录最近一次变化后所识别的生产工序为当前的生产工序。
[000引进一步的，步骤②中，数据均匀化处理的平均值算法如下式：
【主权项】
1. 一种利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方法，其特征在于包括如下 步骤： ① 通过现有的煤矿安全监控系统获得其瓦斯传感器监测到的矿井工作面的巡检周期 不大于30s的巷道瓦斯浓度时间序列值； ② 对步骤①得到的巷道瓦斯浓度时间序列值做3至10次不同时间间隔的数据均匀化 处理，以抹平由于瓦斯传感器自身的波动造成的数据波动从而减少噪声数据降低误差，各 次数据均匀化处理的时间间隔至少为30秒； ③ 对步骤②得到的均匀化处理后的各巷道瓦斯浓度时间序列值进行有效性验证：新的 均匀化处理后的各巷道瓦斯浓度时间序列值和原始的巷道瓦斯浓度时间序列值之间的关 系可以通过相关性来描述，计算均匀化处理后的各巷道瓦斯浓度时间序列值与对应的步骤 ①得到的原始巷道瓦斯浓度时间序列值之间的相关系数，如果均匀化处理后的各巷道瓦斯 浓度时间序列值相关系数大于〇. 80,则按照相关系数进行排序，选择相关系数最大的均匀 化处理后的巷道瓦斯浓度时间序列值进行下一个步骤；如果所有均匀化处理后的巷道瓦斯 浓度时间序列值的相关系数均小于〇. 80,则本方法不适用识别该矿井工作面的生产工序； ④ 利用通过步骤③验证得到的相关系数大于0. 80且最大的均匀化处理后的巷道瓦斯 浓度时间序列值识别相应的生产工序：通过计算所选浓度时间序列值的瓦斯相邻浓度点的 斜率值的方法来识别工作面的生产工序，当斜率值大于M的时候，M的值取0. 05±0. 02,掘 进面的状态为从没有开始掘进到开始掘进状态，当前正处于掘进状态；在掘进状态以后，当 瓦斯浓度时间序列的斜率小于-M时，掘进面的状态为从掘进状态到停止掘进状态，当前正 处于非掘进状态；当瓦斯浓度时间序列的斜率值在-M?M之间时，认为当前生产工序没有 发生变化，记录最近一次变化后所识别的生产工序为当前的生产工序。
2. 根据权利要求1所述的利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产 工序的方法，其特征在于：步骤②中，数据均匀化处理的平均值算法如下式：
其中4代表原始的瓦斯浓度值点，4代表处理后的瓦斯浓度值点，N代表处理的瓦斯 浓度巡检的个数，η为正整数。
3. 根据权利要求1或2所述的利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方 法，其特征在于：步骤②中，对步骤①得到的巷道瓦斯浓度时间序列值做5次不同时间间隔 的数据均匀化处理，时间间隔分别为60s、100s、120s和300s。
4. 根据权利要求1所述的利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方法，其 特征在于：步骤③中，相关系数的理论公式为：
(2) 式中Cov (X，Y)表示变量X、Y的协方差，
bv别表示变量X、Y的标准 差；根据上述公式（2)通过EXCEL或MATLAB计算工具计算得到不同时间间隔的均匀化处理 后的各巷道瓦斯浓度时间序列值与原始巷道瓦斯浓度时间序列相对应值之间的相关系数。
5.根据权利要求1所述的利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方法，其 特征在于：步骤④中，计算瓦斯相邻浓度点的斜率值时，斜率值以m表示，定义为b的改变 除以a对应的改变，对于直角坐标系，若横轴为a轴，纵轴是b轴：
al，bl和a2, b2是直线坐标系下任意两点的座标值。
【专利摘要】本发明涉及一种利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方法，首先通过现有的煤矿安全监控系统获得其瓦斯传感器监测到的矿井工作面的巡检周期不大于30s的巷道瓦斯浓度时间序列值，再对巷道瓦斯浓度时间序列值做3至10次不同时间间隔的数据均匀化处理，计算均匀化处理后的各巷道瓦斯浓度时间序列值与原始数据之间的相关系数，应用验证得到的相关系数大于0.80且最大的均匀化处理后的巷道瓦斯浓度时间序列值识别相应的生产工序：通过计算所选浓度时间序列值的瓦斯相邻浓度点的斜率值的方法来识别工作面的生产工序；和现场实际生产工序相比较，发现该方法准确可靠，具有较强的实用性。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104537199
【申请号】CN201410559974
【发明人】屈世甲, 李继来, 徐辉, 贾咏洁, 胡文涛, 赵亮, 窦苗
【申请人】天地（常州）自动化股份有限公司, 中煤科工集团常州研究院有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年10月20日