煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法与流程

本发明属于瓦斯涌出与矿井安全监测预警领域，涉及一种煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法。

背景技术：

1、瓦斯涌出是矿井生产过程中一项重要的灾害预警指标，且涵盖了突出灾害发生的有效前兆信息，在井下复杂环境中及时准确的识别出瓦斯涌出异常，则可有效遏制煤与瓦斯突出或者瓦斯爆炸事故的发生，提升安全生产保障，因此快速判别煤巷掘进工作面瓦斯涌出有效状态具备生产需求与现实意义。

2、目前大多数煤矿根据煤巷掘进工作面瓦斯浓度与风量计算出瓦斯涌出量，并结合人为经验判别瓦斯涌出是否存在异常。但是对于突出煤层与非突出煤层而言，煤层瓦斯解吸规律存在较大差别，瓦斯涌出特征也不尽相同，且工作面瓦斯浓度数据曲线正常波动与异常波动难以区分，这就导致依靠人为经验来判别瓦斯涌出是否异常的准确性不高、推广性不强；同时煤巷掘进工作面是否掘进对瓦斯涌出量的影响也很大，在煤巷掘进期间与非掘进期间若采用同一方法进行瓦斯涌出异常判识必将影响判识结果的准确性，且可能增加判识方法的复杂性。因此结合煤层特征、掘进与非掘进期间瓦斯浓度等参数来综合建立掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，并实现瓦斯灾害事故在线监测与有效预警的意义重大。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，基于矿井监控系统现有数据快速实现掘进工作面瓦斯涌出异常的有效识别与准确监测，提升矿井瓦斯灾害防治能力及水平，确保安全生产。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，包括以下步骤：

4、s1：确立用以判识煤巷掘进工作面瓦斯涌出状态的数据类别及数据源；

5、s2：确立煤巷掘进工作面综掘机作业状态及对应状态的作业时间，从而确立待判时刻属于掘进期或者非掘进期；

6、s3：在掘进期综合瓦斯超限判识方法、瓦斯高值判识方法以及瓦斯浓度忽大忽小判识方法确立瓦斯涌出状态是否有异常；在非掘进期间采用非掘进期瓦斯浓度增大判识方法确立瓦斯涌出状态是否有异常；

7、s4：在掘进期，若三种判识方法结果均正常，则判定为煤巷掘进工作面瓦斯涌出状态无异常，否则判定瓦斯涌出存在异常，并给出对应的预警信息；在非掘进期，若未出现瓦斯浓度增大，则判定为煤巷掘进工作面瓦斯涌出状态无异常，否则判定瓦斯涌出存在异常，并给出预警信息。

8、进一步，所述数据类别为煤巷掘进工作面内由甲烷传感器采集的瓦斯浓度；

9、所述数据源通过判断煤巷掘进工作面对应煤层是否为突出煤层来确立：若煤层为突出煤层，调取并存储该煤巷掘进工作面t1甲烷传感器采集的瓦斯浓度数据为数据源；若煤层为非突煤层，调取并存储该煤巷掘进工作面t2甲烷传感器采集的瓦斯浓度数据为数据源；所述t1甲烷传感器为工作面甲烷传感器，在工作面混合风流处距工作面≤5m处；所述t2甲烷传感器为回风流甲烷传感器，在回风流中距回风口10—15m处。

10、要保证判识准确性，应选用工作面甲烷传感器瓦斯浓度值较大者对应传感器进行判识，对于突出煤层而言，t1甲烷传感器的瓦斯浓度数据要大于t2甲烷传感器，对于非突出煤层而言，t1甲烷传感器瓦斯浓度数据值要小于t2甲烷传感器。

11、进一步，所述作业状态包括开启状态和停止状态，当作业状态为开启状态时，待判时刻为掘进期；当作业状态为停止状态时，待判时刻为非掘进期。

12、进一步，步骤s3中所述瓦斯超限判识方法具体为：采取甲烷传感器采集的瓦斯浓度值x与设定超限值n0进行比较，若x＜n0，则结果正常，否则判定瓦斯涌出异常。

13、进一步，步骤s3中所述瓦斯高值判识方法具体为：采取甲烷传感器采集的瓦斯浓度值x与设定超限值n1进行比较，若x＜n1，则结果正常，否则判定瓦斯涌出异常，所述n1取值依据s个掘进班次内掘进期间瓦斯浓度最大值进ni行确立：

14、

15、式中，s为统计掘进班次个数，η为安全基数，并满足n1＜n0。

16、进一步，步骤s3中所述瓦斯浓度忽大忽小判识方法具体为：判识周期t内的时间段进行等分划分，每一等分时间记为t，计算判识周期t内每t时间段出现瓦斯浓度异常波动的总次数k，得到判识周期t内异常波动占比χ，χ＝k/(t/t)，若χ＜30％，则结果正常，否则判定存在瓦斯浓度忽大忽小的情况，瓦斯涌出异常。

17、进一步，所述瓦斯浓度异常波动次数计算方法如下：每t时间段内读取并计算该时间段内的瓦斯浓度最大值与最小值差值δw，与波动临界值进行数值比较，若则记为1次瓦斯浓度异常波动。

18、进一步，步骤s3中所述非掘进期瓦斯浓度增大判识方法具体包括：采取甲烷传感器采集的瓦斯浓度值x与设定超限值n2进行比较，若x＜n2，则结果正常，否则判定瓦斯涌出异常，所述n2取值依据m个非掘进班次内瓦斯浓度最大值进nj行确立：

19、

20、上式中，m为统计非掘进班次个数，∈为安全系数，根据矿井实际情况设置。

21、进一步，所述掘进班次与非掘进班次直接调取矿井掘进班次与非掘进班次信息进行确定。所述非掘进班次一般为检修班次或者因检查导致的掘进工作面无法正常掘进的班次。

22、进一步，步骤s4中，所述对应的预警信息包括：

23、若瓦斯超限判识结果异常，给出掘进工作面瓦斯已超限，停止作业、撤出人员的预警信息；

24、若瓦斯高值或瓦斯浓度忽大忽小判识结果异常，给出掘进工作面掘进期间瓦斯涌出异常的预警信息；

25、若非掘进期瓦斯浓度增大判识结果异常，给出掘进工作面非掘进期间瓦斯涌出异常的预警信息。

26、本发明的有益效果在于：本发明实现了基于矿井监控系统中瓦斯浓度数据及掘进机开停记录的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常有效判识，判识过程中无需测定风量、瓦斯涌出量等其它参数，减少测定环节，通过将判识算法程序化即可实现自动化判识，提升判识效率，符合矿井智能化发展需求。同时本方案综合考虑了煤层是否具备突出危险性，更具针对性的选取了方法判识数据源，且对掘进期间与分掘进期间进行了分开判识，方法更具针对性与适用性，提升了煤巷掘进瓦斯涌出异常判识的准确率，对推动煤矿瓦斯灾害防治将起到积极的促进作用。

27、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：

1.一种煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：所述数据类别为煤巷掘进工作面内由甲烷传感器采集的瓦斯浓度；

3.根据权利要求1所述的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：所述作业状态包括开启状态和停止状态，当作业状态为开启状态时，待判时刻为掘进期；当作业状态为停止状态时，待判时刻为非掘进期。

4.根据权利要求1所述的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：步骤s3中所述瓦斯超限判识方法具体为：采取甲烷传感器采集的瓦斯浓度值x与设定超限值n0进行比较，若x＜n0，则结果正常，否则判定瓦斯涌出异常。

5.根据权利要求4所述的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：步骤s3中所述瓦斯高值判识方法具体为：采取甲烷传感器采集的瓦斯浓度值x与设定超限值n1进行比较，若x＜n1，则结果正常，否则判定瓦斯涌出异常，所述n1取值依据s个掘进班次内掘进期间瓦斯浓度最大值进ni行确立：

6.根据权利要求1所述的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：步骤s3中所述瓦斯浓度忽大忽小判识方法具体为：判识周期t内的时间段进行等分划分，每一等分时间记为t，计算判识周期t内每t时间段出现瓦斯浓度异常波动的总次数k，得到判识周期t内异常波动占比χ，χ＝k/(t/t)，若χ＜30％，则结果正常，否则判定存在瓦斯浓度忽大忽小的情况，瓦斯涌出异常。

7.根据权利要求6所述的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：所述瓦斯浓度异常波动次数计算方法如下：每t时间段内读取并计算该时间段内的瓦斯浓度最大值与最小值差值δw，与波动临界值进行数值比较，若则记为1次瓦斯浓度异常波动。

8.根据权利要求1所述的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：步骤s3中所述非掘进期瓦斯浓度增大判识方法具体包括：采取甲烷传感器采集的瓦斯浓度值x与设定超限值n2进行比较，若x＜n2，则结果正常，否则判定瓦斯涌出异常，所述n2取值依据m个非掘进班次内瓦斯浓度最大值进nj行确立：

9.根据权利要求5或8所述的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：所述掘进班次与非掘进班次直接调取矿井掘进班次与非掘进班次信息进行确定，所述非掘进班次一般为检修班次或者因检查导致的掘进工作面无法正常掘进的班次。

10.根据权利要求1所述的煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，其特征在于：若瓦斯超限判识结果异常，给出掘进工作面瓦斯已超限，停止作业、撤出人员的预警信息；

技术总结
本发明涉及一种煤巷掘进工作面瓦斯涌出异常判识方法，属于瓦斯涌出与矿井安全监测预警领域，包括以下步骤：S1：确立用以判识煤巷掘进工作面瓦斯涌出状态的数据类别及数据源；S2：确立煤巷掘进工作面综掘机作业状态及对应状态的作业时间，确立待判时刻属于掘进期或者非掘进期；S3：在掘进期综合瓦斯超限判识方法、瓦斯高值判识方法以及瓦斯浓度忽大忽小判识方法确立瓦斯涌出状态是否有异常；在非掘进期间采用非掘进期瓦斯浓度增大判识方法确立瓦斯涌出状态是否有异常；S4：在掘进期，若三种判识方法结果均正常，则判定为煤巷掘进工作面瓦斯涌出状态无异常；在非掘进期，若未出现瓦斯浓度增大，则判定为煤巷掘进工作面瓦斯涌出状态无异常。

技术研发人员：胡杰,吕贵春,张睿,王鹏博,瞿宝华,韩恩光,邱飞,杨娟,陈德敏,孙臣,饶家龙,位乐,章飞,张森林
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：2024/1/15