合肥明信公司《煤矿瓦斯浓度异常在线预警系统》技术方

煤矿瓦斯浓度监控与在线异常预警系统处理方案合肥明信软件技术目录背景条件研发思绪要挟评价目的体系库系统架构系统功能系统特点运用案例一、背景条件矿井平安监控系统最根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，并在到达预先设定的报警值进展报警，在到达或超越预先设定的断电值实施监控断电控制功能。然而由于目前矿井平安监控系统只需只需在瓦斯浓度值到达设定的某个相对固定报警值才干报警，报警方式较为死板、单一，不能及时对瓦斯异常变化情况进展分析和预警。如：设定的瓦斯浓度报警值为0.8%，目前矿井平安监控系统只需在瓦斯浓度值到达或超越0.8%才干报警，而瓦斯浓度值从0.10%增长至0.79%，平安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。经过大量观测研讨发现，煤矿瓦斯的涌出、突出往往发生一些规律的变化。经过对这些变化规律的调查，结合计算机技术，是可以实现瓦斯浓度异常预警的。因此我们结合煤矿现有平安监控系统的运转情况，对井下瓦斯采集数据进展深层次的发掘和利用，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到达异常预警的目的。该系统对于预防瓦斯超限，尤其对于防止煤与瓦斯突出任务具有重要的意义和较高的运用价值。<瓦斯浓度监控与在线异常预警系统>是基于煤矿平安监控数据平台研发的，配备平安监控系统的矿井都可以运用该预警系统，并且与平安监控系统相互独立，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告。矿井瓦斯浓度异常预警系统还可以接入平安监控系统中的风速、CO、温度等各类模拟量进展预警预告。目的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，根据瓦斯增幅判别瓦斯突出事故前兆，为提早采取措施控制异常、及时撤出人员提供珍贵时间，减少或防止事故发生。我们结合矿井监控的实践特点和当前煤矿平安监控系统的运转情况，对井下瓦斯采集数据进展深层次发掘，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>。经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目的建立瓦斯要挟评价数学模型、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现有的KJ2000N、KJ90N、KJ91N等平安监控系统。二、研发思绪<煤矿平安规程>规定了煤矿一切矿井必需配备矿井平安监控系统。但矿井平安监控系统只能对瓦斯进展实时监测，当被测点瓦斯浓度超越规定浓度时，强行断电、报警，而没有对瓦斯浓度数据作进一步的分析处置，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>是在现有的煤矿平安监控系统根底之上进展的开发，运用要挟评价分析模型对监测系统采集的瓦斯数据再处置，实现瓦斯涌出异常前兆实时报警。系统研发思绪如图所示。异常分析预警包括三大部分：1、根据矿井实践瓦斯涌出历史数据，总结在不同区域布置的监测点瓦斯涌出变化规律，建立预警要挟态势的评测目的及目的评价体系库。按决策心态对监测点设置监测方式；2.结合监测点瓦斯、风速时间序列数据运用区间值的模糊综合评判对测点当前瓦斯值的危险性进展评价分析，根据要挟态势分析结果做出当前预警呼应；3.结合测点最近历史数据动态建立时序分析预测模型，运用数据发掘工具辅助分析，做出短时间内瓦斯浓度值的预测，再对预测数据进展超前预警分析。三、要挟评价目的体系库1.要挟评价目的定义本工程建立瓦斯浓度动态值-历史时间段平均浓度值增幅衡量目的、瓦斯浓度动态值-前周期历史值增幅衡量目的、瓦斯涌出量动态值-瓦斯涌出量平均值增幅衡量目的、瓦斯涌出量动态值-瓦斯涌出量前周期历史值增幅衡量目的。图3-2要挟评价目的集瓦斯浓度瞬间增幅目的瞬间增幅目的〔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展比较，实现增幅预警。瞬间增幅可经过下式计算：

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目的平均值增幅目的〔AverageIncrease〕是利用测点当前监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〕一切瓦斯数据的平均值进展比较，实现增幅预警。平均值增幅可经过下式计算：，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目的绝对瓦斯涌出量预警目的〔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，根据需求可选择绝对瓦斯量临界值预警、瞬间增幅预警和平均值增幅预警三种方式。绝对瓦斯涌出量按下式计算：qCH4=60×S×V×C/100

式中qCH4——绝对瓦斯涌出量，m3/min；S——巷道断面积，m2；V——风速，m/s；C——瓦斯浓度，％。

经过对矿井采集的历史数据进展瓦斯涌出规律总结，得出矿井各目的的衡量系数，建立综合分析模型和评价目的体系，为瓦斯浓度的要挟程度分析提供知识和规律。当前一次采集的瓦斯浓度、瓦斯浓度平均值落在不同的区间，判别系数的取值也略有不同。下表为监测点布置在采煤任务面且瓦斯浓度值在[0.2%,0.4%]区间的各种目的评测系数。区间系数取值偏低能够引起误报，提高的话又能够漏报，取值关系到预警性能。在实践运用中，需根据矿井历史数据做模型训练和验证。采煤任务面回风巷、上隅角、岩头等地点的传感器目的评测系数设置略。2.要挟评价评测体系预测预警法是利用数据发掘趋势预测实际，构建井下测点瓦斯浓度预测模型。运用微软BI(商业智能BusinessIntelligence)中的数据库分析效力〔MicrosoftSQLServerAnalysisServices，即SSAS)提供的数据发掘方案，以SSAS自带的Microsoft时序分析算法为预测算法根底，建立井下测点的瓦斯浓度发掘构造和发掘模型。以测点瓦斯采集历史数据为根底数据分析源，对瓦斯浓度数据进展了短期预测。根据统计回归模型针对瓦斯浓度变化特征，预测前实时导入最新采集数据并重构测点瓦斯浓度动态预测模型，预测模型数据的坚持更新的特性，使得对瓦斯浓度的预测更加准确、可靠。再对到达的预测数据进展类似的超前预警分析，使得瓦斯预警更提早。同时提供了发掘正确性图表分析辅助功能，如预测数据与实践数据分析比较图的查询。3.趋势预测及超前预警瓦斯预测分析模型预测分析流程图预测分析模型图四、系统架构系统架构图预警系统组件构成内网预警+外网预警在监控中心站内网架设瓦斯预警Web效力器，该效力器为监控中心内网以外的矿局域网用户〔‘一通三防’科室相关技术人员、管理人员〕提供井下瓦斯预警效力。外网用户经过阅读器即可同步接纳预警音讯、查询和分析历史预警记录。Web预警与平安监控系统、内网各预警组件完全独立，防止了外网预警对监控中心内部网络能够呵斥的平安性、稳定性、性能等要挟。系统由内网预警和外网预警构成。预警系统运转在现有平安监控主系统平台之上，系统仅对采集到的测点数据进展二次开发和利用。系统由预警判别组件、广播发送组件、广播接纳组件和广播转存组件构成。预警判别组件内置于SQLServer效力器内部，对平安监控的数据采集无任何影响；预警组件与采集数据库之间没有数据交互，不需求访问平安监控的数据库即可知道能否有预警音讯。因此，瓦斯浓度异常预警系统与现有平安监控系统彼此相互独立、互不干扰，不影响平安监控系统的正常运转。外网预警五、系统功能引见系统用户验证为保证预警程序正常运转任务，防止恶意、误操作等封锁程序，导致预警中断景象发生，登录、退出预警系统采取用户验证机制。用户登录、退出预警程序，都必需输入用户名、密码，阅历证经过才干进展相应操作。系统参数设置为系统进展数据库配置、传感器巡检周期、周期预警时间、系统颜色设置、报警设置〔语音、弹出窗体继续时间〕、网络套接口设置等操作。瓦斯预警测点管理针对监控系统已有分站下的瓦斯测点进展预警设置。设置内容包括能否公共预警、能否独立预警〔及增幅模板选择〕、能否绝对量预警〔及绝对量参数配置〕、能否瓦斯预测预警等。增降幅度值管理可分别编辑瞬间增幅预警和平均值增幅预警中每条预警范围的下限值、上限值、增降值(%)，方便用户根据需求对预警范围进展部分调整。控制瓦斯预警、弹出报警窗口启动预警：当效力器端接纳到需求预警的测点实时数据，根据测点类别，按照预先设置的增降幅度，分析能否需求预警。假设需求预警，那么同时发出报警声音和弹出预警窗口。暂停预警：预警功能暂停任务。外网阅读功能在平安监控系统中心站建立Web效力器，外网用户直接访问该效力器即可登录瓦斯预警界面，与瓦斯预警终端数据及时同步。同时具备历史数据查寻功能，坐在办公室即可迅速掌握和分析瓦斯动态预警信息。预警历史记录查询每次瓦斯预警后保管当时测点预警记录测点信息、报警时间等详细记录，同时可以以Excel表格的方式进展导出，以备今后查询参考运用。预警图表分析系统提供了笼统直观的曲线趋势〔预测〕图表查询功能。日志功能系统提供操作日志查询功能，方便用户对过往操作进展查询。假设在运转过程中出现异常，系统会自动将异常记录到错误日志中去。系统特点科学、完善、灵敏的预警方法直观的瓦斯曲线分析功能操作方便、运用灵敏预警方式直观预警系统运转稳定可靠预警系统采用C/S〔Client/Server，客户机/效力器〕和B/S〔Browser/Server，阅读器/效力器〕两种架构预警系统兼容目前各大主流监控监测系统软件创新程度目前矿井平安监控系统只需在瓦斯浓度值到达设定的某个相对固定报警值时才干报警，这种报警方式不能及时对瓦斯异常变化情况进展分析和预警。本软件能捕获到矿井瓦斯添加过程的细微变化，主要经过平均值预警、瞬时增幅预警来对矿井瓦斯缓慢增长及锯齿状增出息展预警。从而在瓦斯浓度值增长到单一临界值〔设定的0.6或0.8〕之前预警。(1)瓦斯锯齿状变化：针对瓦斯锯齿状变化的情形，在上图中当前测点瓦斯浓度正常情况下都在0.1%左右动摇，在某一时辰瓦斯浓度值忽然从0.1%增长到0.4%，在普通监控系统中，0.4%还没到达预警临界值〔普通0.6%以上〕而不会预警，但在现实中，瓦斯浓度值瞬间的从0.1%增到0.4%，我们可以断定此瓦斯测点在此时是异常的，我们应该预警，至少应该引起任务人员的留意。针对瓦斯浓度值缓慢增长的情况，比如上图，瓦斯浓度值在正常情况下或说在之前的几个小时甚至几天之内，瓦斯浓度不断在0.23%左右动摇，这段时间内瓦斯浓度的平均值应在0.2%~0.25%之间，但上图中瓦斯浓度在10点以后缓慢的增长，每次增长值都在0.1%以下，一段时间以后，瓦斯浓度值增长到0.6%、0.7、甚至0、8以上，在我们的平均值增幅预警法中，当瓦斯浓度增长到0.6%的时候，当前瓦斯浓度相对平均值0.2%~0.25%而言增长了200%之多，我们就该当对当前瓦斯测点预警，而不用等瓦斯值增长到临界值的时候才预警。(2)瓦斯缓慢增长：工程实施效果2021年10月30日，安徽煤矿平安监察局在合肥组织专家对的研发报告、测试报告、查新报“煤矿瓦斯浓度异常及防突预警系统〞进展鉴定。专家听取了工程告及现场运用报告。鉴定意见如下：1、提交的技术资料齐全，符合鉴定要求。2、该工程利用矿井平安监控系统，对井下瓦斯采集数据进展深层次发掘，利用统计学原理提出了瓦斯浓度动态的综合分析异常预警理念，在.NETFramework技术平台上，研发了煤矿瓦斯浓度异常及防突预警系统。3、该工程在国内初次提出了瓦斯浓度瞬间增幅法、瓦斯浓度平均值增幅法、绝对瓦斯涌出量预警法及瓦斯预测预警法，对瓦斯异常变化进展及时预警。4、该系统在淮南矿业集团谢桥煤矿运用，预警及时、运转稳定。5、该工程对分析瓦斯异常涌出,预防煤与瓦斯突出具有重要的意义