[发明专利]利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方法

说明书

技术领域

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

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，以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。这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。所以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以通过安装开停传感器对回采工作面的采煤机进行监测，可以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。

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以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30s巡检周期的瓦斯浓度时间序列值曲线图，可以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

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。

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，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。

进一步的，步骤②中，数据均匀化处理的平均值算法如下式：                                                                    （1）

其中代表原始的瓦斯浓度值点， 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，n为正整数。

更进一步的，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。

进一步的，步骤③中，相关系数的理论公式为：

          （2）