本发明属于瓦斯压力测定技术领域，尤其涉及一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统。
背景技术：
目前，近年来，我国采煤技术与设备有很大程度的提高，开采强度加大，煤矿产量也随之加大，同时煤层瓦斯涌出量也大大增加。工业迅速发展的同时，也给煤矿动力国内外学者都热衷灾害留下隐患，给煤矿的安全生产带来更高层次的挑战。现有的煤层采动裂隙场瓦斯压力测定比较浅显，很难进行深层次测定，且缺少建模，人们很难直观的观察到煤层采动裂隙场瓦斯压力具体情况。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的煤层采动裂隙场瓦斯压力测定比较浅显，很难进行深层次测定，且缺少建模，人们很难直观的观察到煤层采动裂隙场瓦斯压力具体情况。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统。
本发明是这样实现的，一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，其特征在于，所述煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统包括：
采动裂隙瓦斯流动构建模块，与施压模块、采动裂隙瓦斯施压构建模块连接，利用红外和超声波技术对采动裂隙进行感知构建模型，并将构建模型信息传送到施压模块和采动裂隙瓦斯施压构建模块；
施压模块，与采动裂隙瓦斯流动构建模块、位移检测模块连接，将采动裂隙瓦斯流动构建模块的构建模型信息进行收集后，对采动裂隙进行施压，并将施压力度与结果传送到位移检测模块；
所述施压模块的能量消耗模型，传感器节点能耗分为发射数据能耗、接收数据能耗和聚合数据能耗，节点到接收点的距离小于阈值d0，则采用自由空间模型，否则，采用多路径衰减模型，从而发射比特数据到距离为的接收点的能量消耗如下：
其中eelec为发射电路能量消耗，εfs为自由空间模型下功率放大电路所需能量，εmp为多路径衰减模型下功率放大电路所需能量，接收比特数据能耗：
erx(l)＝l×eelec；
聚合比特数据的能量消耗：
ea＝l×eda；
其中eda表示聚合1比特数据的能量消耗；
所述传感器节点，用维列向量d＝(d1,d2,…,dn)表示相应节点的测量值，通过计算各个节点数据与中心数据的欧式距离反应不同节点数据与中心数据之间的偏差大小，其中li的计算公式为：
根据欧式距离自适应设定相应的权值大小，距离越大权值越小，距离越小权值越大；
其中
位移检测模块，与施压模块、地层应力计算模块连接，将施压力度与结果进行收集，并检测出施压后采动裂隙的位移，将数据传送到地层应力计算模块；
所述位移检测模块的数据预处理方法包括：
步骤一、训练子集选择与生成：每一条信息称为一个训练样本，若干训练样本组成训练集；若训练样本有k类，k≥2；则依据训练样本类别，由两类样本组成
xn＝{{xi},{xj}}；
其中，
步骤二、利用训练子集xn生成fisher判别模型yn＝fn(x)，步骤如下：
1)求xn中i，j两类样本的均值
2)求类内散度矩阵swn：
其中
3)求类间散度矩阵sbn：
4)求投影方向wn：
wn＝swn-1·sbn；
5)求fisher判别阈值w0n：
则得训练子集xn对应的判别模型：yn＝fn(x)＝wn·x-w0n；
6)求出每个训练子集对应的fisher判别模型，生成
步骤三、非线性连续型函数映射方法包括：
利用非线性连续函数对分类器组输出
其中a(a>0)是为增强算法泛化性能而引入的松弛变量；若fisher分类器组由k个分类器组成，则
地层应力计算模块，与位移检测模块，开挖损伤分布标记模块进行连接，通过综合采动裂隙受力程度与位移程度，计算出地层应力；
开挖损伤分布标记模块，与地层应力计算模块、瓦斯渗流压力计算模块进行连接，根据地层应力进行地层局部挖掘，并对挖掘面积和位置做出标记；
瓦斯渗流压力计算模块，与开挖损伤分布标记模块、采动裂隙瓦斯压力构建模块连接，检测瓦斯渗流程度，并根据挖掘面积和位置进行计算瓦斯渗流压力；
采动裂隙瓦斯压力构建模块，与采动裂隙瓦斯流动构建模块、瓦斯渗流压力计算模块连接，采动裂隙瓦斯流动建模为基础，结合瓦斯渗流面积、位置和瓦斯渗流压力，进行采动裂隙瓦斯压力建模。
优选的，所述施压模块采用三三轴渗透试验系统装置对试件进行孔压和渗透试验：
步骤一，
(1)试验前把试件装到:三轴应力夹持器上，用胶布和热缩管密封。
步骤二，
由计算机控制轴压(p)、围压(p,)和孔压(p,，p)，施加轴压、围压和孔压到一定值，并保持不变。在施加围压(p)和孔压(p，p)条件下，要保证围压与孔压与煤试件外侧的防护套相互隔绝。
步骤三，开始进行试验，加轴压到第一个试验点，得到其(o,,&),在p，p,不变的情况下，降低煤试件一端的孔压p，使试件两端形成渗透压差qp＝p-pa，从而引起渗流。在渗流过程中，渗流压差ap不断减小，绘出相应的op-t曲线，ap减小的速率和煤岩的性质及其应力水平等有关。
进一步，所述瓦斯渗流压力计算模块定压边界条件为：
外边界e上每一点在每一时刻的压力分布都是已知的，即为一已知函数，在数学上也称第一类边界条件，或称dirchlet边界条件，表示为:pe1＝f{(x,y,t)。
进一步，所述位移检测模块中的传感器安装检测方法包括以下步骤：
步骤一，分别进行至少两组位移测量，得到每个位移传感器的测量值αij，其中，i表示第几组测量值，i为大于1的自然数，j表示传感器的编号；
步骤二，针对每个位移传感器，每次测量值αij对应于角度偏差kj和垂直偏差cj建立方程：
(α11-c1)×k1＝(α12-c2)×k2＝(α13-c3)×k3＝…＝(α1j-cj)×kj
(α21-c1)×k1＝(α22-c2)×k2＝(α23-c3)×k3＝…＝(α1j-cj)×kj；
步骤三，以任一位移传感器作为基准参考点，计算其余位移传感器的角度偏差比值和垂直偏差；
步骤四，根据垂直偏差和角度偏差比值对安装情况进行判定。
本发明可对煤层采动裂隙进行受力分析，并对开挖位置进行标记，从而计算出地层应力和瓦斯渗流压力，进而构建出清晰易懂的模型，有效的预防煤矿瓦斯动力灾害发生，提高开采人员的安全指数。利用分类器组将样本的类别信息作为先验知识，使预处理后的数据更易被正确分类；利用多个简单的二分类器进行数据映射，为分类器在多分类场景下提供更多有用信息；“非线性连续函数”映射可减小连续空间中奇异值和野值对后续分类器的影响。
附图说明
图1是本发明实施例提供的煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统示意图；
图中：1、采动裂隙瓦斯流动构建模块；2、施压模块；3、位移检测模块；4、地层应力计算模块；5、开挖损伤分布标记模块；6、瓦斯渗流压力计算模块；7、采动裂隙瓦斯压力构建模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，所述煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统包括：采动裂隙瓦斯流动构建模块1、施压模块2、位移检测模块3、地层应力计算模块4、开挖损伤分布标记模块5、瓦斯渗流压力计算模块6、采动裂隙瓦斯压力构建模块7。
采动裂隙瓦斯流动构建模块1，采动裂隙瓦斯流动构建模块1与施压模块2、采动裂隙瓦斯施压构建模块7连接，利用红外和超声波技术对采动裂隙进行感知构建模型，并将构建模型信息传送到施压模块2和采动裂隙瓦斯施压构建模块7。
施压模块2，施压模块2与采动裂隙瓦斯流动构建模块1、位移检测模块3连接，将采动裂隙瓦斯流动构建模块1的构建模型信息进行收集后，对采动裂隙进行施压，并将施压力度与结果传送到位移检测模块3。
位移检测模块3，位移检测模块3与施压模块2、地层应力计算模块4连接，将施压力度与结果进行收集，并检测出施压后采动裂隙的位移，将数据传送到地层应力计算模块4。
地层应力计算模块4，地层应力计算模块4与位移检测模块3，开挖损伤分布标记模块5进行连接，通过综合采动裂隙受力程度与位移程度，计算出地层应力。
开挖损伤分布标记模块5，开挖损伤分布标记模块5与地层应力计算模块4、瓦斯渗流压力计算模块6进行连接，根据地层应力进行地层局部挖掘，并对挖掘面积和位置做出标记。
瓦斯渗流压力计算模块6，瓦斯渗流压力计算模块6与开挖损伤分布标记模块5、采动裂隙瓦斯压力构建模块7连接，检测瓦斯渗流程度，并根据挖掘面积和位置进行计算瓦斯渗流压力。
采动裂隙瓦斯压力构建模块7，采动裂隙瓦斯压力构建模块7与采动裂隙瓦斯流动构建模块1、瓦斯渗流压力计算模块6连接，以采动裂隙瓦斯流动建模为基础，结合瓦斯渗流面积、位置和瓦斯渗流压力，进行采动裂隙瓦斯压力建模。
所述施压模块的能量消耗模型，传感器节点能耗分为发射数据能耗、接收数据能耗和聚合数据能耗，节点到接收点的距离小于阈值d0，则采用自由空间模型，否则，采用多路径衰减模型，从而发射比特数据到距离为的接收点的能量消耗如下：
其中eelec为发射电路能量消耗，εfs为自由空间模型下功率放大电路所需能量，εmp为多路径衰减模型下功率放大电路所需能量，接收比特数据能耗：
erx(l)＝l×eelec；
聚合比特数据的能量消耗：
ea＝l×eda；
其中eda表示聚合1比特数据的能量消耗；
所述传感器节点，用维列向量d＝(d1,d2,…,dn)表示相应节点的测量值，通过计算各个节点数据与中心数据的欧式距离反应不同节点数据与中心数据之间的偏差大小，其中li的计算公式为：
根据欧式距离自适应设定相应的权值大小，距离越大权值越小，距离越小权值越大；
其中
所述位移检测模块的数据预处理方法包括：
步骤一、训练子集选择与生成：每一条信息称为一个训练样本，若干训练样本组成训练集；若训练样本有k类，k≥2；则依据训练样本类别，由两类样本组成
xn＝{{xi},{xj}}；
其中，
步骤二、利用训练子集xn生成fisher判别模型yn＝fn(x)，步骤如下：
1)求xn中i，j两类样本的均值
2)求类内散度矩阵swn：
其中
3)求类间散度矩阵sbn：
4)求投影方向wn：
wn＝swn-1·sbn；
5)求fisher判别阈值w0n：
则得训练子集xn对应的判别模型：yn＝fn(x)＝wn·x-w0n；
6)求出每个训练子集对应的fisher判别模型，生成
步骤三、非线性连续型函数映射方法包括：
利用非线性连续函数对分类器组输出
其中a(a>0)是为增强算法泛化性能而引入的松弛变量；若fisher分类器组由k个分类器组成，则
进一步，所述施压模块2采用三三轴渗透试验系统装置对试件进行孔压和渗透试验：
步骤一，
(1)试验前把试件装到:三轴应力夹持器上，用胶布和热缩管密封。
步骤二，
由计算机控制轴压(p)、围压(p,)和孔压(p,，p)，施加轴压、围压和孔压到一定值，并保持不变。在施加围压(p)和孔压(p，p)条件下，要保证围压与孔压与煤试件外侧的防护套相互隔绝。
步骤三，开始进行试验，加轴压到第一个试验点，得到其(o,,&),在p，p,不变的情况下，降低煤试件一端的孔压p，使试件两端形成渗透压差qp＝p-pa，从而引起渗流。在渗流过程中，渗流压差ap不断减小，绘出相应的op-t曲线，ap减小的速率和煤岩的性质及其应力水平等有关。
进一步，所述瓦斯渗流压力计算模块6定压边界条件为：
外边界e上每一点在每一时刻的压力分布都是已知的，即为一已知函数，在数学上也称第一类边界条件，或称dirchlet边界条件，表示为:pe1＝f{(x,y,t)。
进一步，所述位移检测模块中的传感器安装检测方法包括以下步骤：
步骤一，分别进行至少两组位移测量，得到每个位移传感器的测量值αij，其中，i表示第几组测量值，i为大于1的自然数，j表示传感器的编号；
步骤二，针对每个位移传感器，每次测量值αij对应于角度偏差kj和垂直偏差cj建立方程：
(α11-c1)×k1＝(α12-c2)×k2＝(α13-c3)×k3＝…＝(α1j-cj)×kj
(α21-c1)×k1＝(α22-c2)×k2＝(α23-c3)×k3＝…＝(α1j-cj)×kj；
步骤三，以任一位移传感器作为基准参考点，计算其余位移传感器的角度偏差比值和垂直偏差；
步骤四，根据垂直偏差和角度偏差比值对安装情况进行判定。
本发明的工作原理：采动裂隙瓦斯流动构建模块1利用红外和超声波技术对采动裂隙进行感知构建模型，施压模块2对采动裂隙进行施压，并将施压力度与结果传送到位移检测模块3，位移检测模块3用于检测采动裂隙位移距离，结合构建模型、受力结果、位移距离，地层应力计算模块4计算出地层应力；开挖损伤分布标记模块5对挖掘面积和位置做出标记，瓦斯渗流压力计算模块6检测瓦斯渗流程度，并根据挖掘面积和位置进行计算瓦斯渗流压力，最终采动裂隙瓦斯压力构建模块7结合构建模型、地层应力、瓦斯渗流压力构建出采动裂隙瓦斯压力建模。
本发明可对煤层采动裂隙进行受力分析，并对开挖位置进行标记，从而计算出地层应力和瓦斯渗流压力，进而构建出清晰易懂的模型，有效的预防煤矿瓦斯动力灾害发生，提高开采人员的安全指数。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。