專利名稱：礦井頂板危險報警的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦井安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種礦井頂板危險報警的方法。
背景技術(shù)：
近年來，煤礦開采過程中頻繁發(fā)生的重大安全事故。而在各類煤礦事故中，頂板事故仍居前位。隨著生產(chǎn)能力的提高、開采強(qiáng)度的增大和向深部開采轉(zhuǎn)移，頂板安全等問題越來越凸現(xiàn)，主要體現(xiàn)在三個方面一是以錨桿支護(hù)為主要形式的巷道穩(wěn)定性。現(xiàn)有的支護(hù)參數(shù)到底有多大安全系數(shù)？需要監(jiān)測手段進(jìn)行評估及潛在的危險性預(yù)測。二是超前支承壓力影響范圍多大？壓力集中程度多高？支承壓力高峰位置在何處？支承壓力前移速度是多少？等等，這些與超前支護(hù)和沖擊地壓密切相關(guān)傳感要素監(jiān)測問題；三是回采工作面支護(hù) 穩(wěn)定性和安全性?；夭晒ぷ髅嬷Ъ芄ぷ鳡顟B(tài)怎樣？支護(hù)是否滿足控制頂板的要求？回采工作面上覆巖層初次來壓與周期來壓步距多大？來壓時對目前支護(hù)系統(tǒng)有多大影響等。我國幾乎所有煤礦都面臨開采頂板安全問題，而這些問題往往由于局限于相對落后的監(jiān)測手段和信息處理技術(shù)而被忽略，這是頂板管理不到位的主要原因。參考文獻(xiàn)1(專利申請?zhí)?201010126358. O)提供了一種基于多目標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)融合的煤礦頂板安全評價方法。該方法采用多目標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)融合技術(shù)，數(shù)據(jù)源包括綜采支架壓力傳感器、頂板離層儀和電磁輻射儀。本方案中，根據(jù)煤礦實際生產(chǎn)狀況，將煤礦頂板安全狀態(tài)定義為3個級別，確定頂板安全狀況的辨識框架。計算機(jī)利用基于D-S證據(jù)理論數(shù)據(jù)融合模型對多目標(biāo)監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)的基本概率進(jìn)行融合，凸顯頂板安全的某一狀態(tài)，實現(xiàn)頂板安全狀態(tài)的辨識。計算機(jī)再根據(jù)頂板安全狀態(tài)分類決策對融合后的基本概率分配值進(jìn)行分析，并輸出頂板安全狀態(tài)辨識結(jié)果，從而實現(xiàn)煤礦頂板安全狀況的評價。其步驟包括第一步根據(jù)煤礦實際生產(chǎn)狀況，將煤礦頂板安全狀態(tài)定義為3個等級，確定頂板安全狀況的辨識框架，表示為S = {SI，S2，S3}，其中SI代表危險狀態(tài)，S2代表臨界狀態(tài)，S3代表安全狀態(tài)；第二步建立基于D-S證據(jù)理論的頂板安全狀態(tài)分類決策規(guī)則，規(guī)則如下I、頂板安全的目標(biāo)狀態(tài)應(yīng)具有最大基本概率分配值；2、目標(biāo)狀態(tài)的基本概率分配必須大于不確定性基本概率分配值；3、目標(biāo)狀態(tài)的基本概率分配與其他類別的基本概率分配值之差應(yīng)大于或等于設(shè)定閾值O. 20 ；4、目標(biāo)狀態(tài)的不確定性基本概率分配值應(yīng)小于設(shè)定閾值O. 30。第三步計算機(jī)采集某一周期煤礦頂板安全監(jiān)測系統(tǒng)中的多目標(biāo)傳感器數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；第四步計算機(jī)應(yīng)用基于D-S證據(jù)理論的多源數(shù)據(jù)融合算法對各類傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，凸顯頂板安全的某一狀態(tài)，實現(xiàn)頂板安全的辨識；第五步計算機(jī)根據(jù)第二步提出的頂板安全狀態(tài)分類決策規(guī)則對融合后的基本概率分配值進(jìn)行分析，并輸出頂板安全辨識結(jié)果，從而實現(xiàn)煤礦頂板安全狀況的評價。然而，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請人發(fā)現(xiàn)上述的礦井頂板安全分級方式存在如下技術(shù)缺陷(I)由于不確定命題基本概率很難確定，方法看似簡單但在實際場景下卻很難實行；(2)安全狀態(tài)表劃分不詳細(xì)，不利于煤礦根據(jù)不同危險情況制定預(yù)案，且增大了誤判的概率，而一旦誤判將會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題·為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種礦井頂板危險報警的方法，以提高其在實際場景下的實用性。(二)技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種礦井頂板危險報警的方法，該方法包括步驟A，采集礦井頂板的傳感要素集中每一傳感要素的傳感器值；步驟B，對于所述傳感要素集中每一個傳感要素，將傳感器值分別代入相應(yīng)評判集中每個安全級別的隸屬函數(shù)，得到其隸屬度，得到的多個隸屬度組成該傳感要素的模糊子集向量；步驟C，所述傳感要素集中多個傳感要素的所述模糊子集向量按序組成二維模糊關(guān)系矩陣；步驟D，將所述二維模糊關(guān)系矩陣與指標(biāo)權(quán)重向量做矩陣乘法，其中，所述指標(biāo)權(quán)重向量中的第k個值為傳感要素集中第k個傳感要素的權(quán)重；步驟E，從所述矩陣乘法的向量結(jié)果中提取最大分量，該最大分量對應(yīng)相應(yīng)評判集中的安全級別即為所述礦井頂板的安全級別；步驟F，如果該安全級別高于預(yù)設(shè)的安全級別，則發(fā)出報警信號。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明礦井頂板危險報警的方法具有以下有益效果(I)通過模糊綜合評判作為煤礦頂板安全級別的評判方法，以傳感器測量數(shù)據(jù)為依據(jù)，實用性好，評判結(jié)果準(zhǔn)確性高；(2)通過模糊算法，更有利于評判出介于安全與嚴(yán)重危險之間的安全級別，避免引入概率因子有可能引起的誤判；(3) 5級安全評價分級更加準(zhǔn)確的給出了煤礦頂板的狀況。


圖I為根據(jù)本發(fā)明實施例礦井頂板安全報警方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。本發(fā)明礦井頂板安全報警的方法中，采集多傳感器數(shù)據(jù)(包括支架壓力值、立柱伸縮量值、鉆孔應(yīng)力值、錨桿(索)應(yīng)力值和圍巖移動值，其中支架壓力值和立柱伸縮量值為基礎(chǔ)值，其余傳感器值為可選值)，利用模糊綜合評定方法建立數(shù)學(xué)模型對采集的多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和分析，獲得煤礦頂板安全級別的判定，并根據(jù)該安全級別進(jìn)行報警在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種礦井頂板危險報警的方法。如圖I所示，該方法包括步驟A，采集礦井頂板的傳感要素集中每一傳感要素的傳感器值U ；以包含5個傳感要素的傳感要素集U = {Ul，U2,……，U5I為例，U1代表支架壓力傳感要素，U2代表立柱伸縮量傳感要素，U3代表鉆孔應(yīng)力傳感要素，U4代表錨桿/索應(yīng)力傳感要素，U5代表圍巖移動傳感要素，其中支架壓力傳感要素U1和立柱伸縮量傳感要素U2為基礎(chǔ)傳感要素，其余傳感要素為可選傳感要素，并且傳感要素的個數(shù)還可以擴(kuò)展。其中，傳感要素集U中指標(biāo)的順序和后續(xù)的模糊關(guān)系矩陣與模糊子集W的順序相關(guān)，其可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。步驟B，對于傳感要素集U中每一個傳感要素，將傳感器值分別代入相應(yīng)評判集中每個安全級別的隸屬函數(shù)，得到其隸屬度，得到的多個隸屬度組成該傳感要素的模糊子集
向量;對于每一個傳感要素，以包含5個安全級別的評判集V = Iv1, V2, V3, v4, vj為例，其中W1代表安全，V2代表輕度危險，V3代表中度危險，V4代表重度危險，V5代表嚴(yán)重危險。此外，評判集中危險級別的數(shù)目可根據(jù)現(xiàn)場實際應(yīng)用確定，不局限于以上所列5種。根據(jù)歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定傳感要素集U中每個傳感要素Ui在評判集中每個安全級別Vj中的上限組成評價分級表,其中i = 1、2、3、4、5 ;j = 1、2、3、4、5。其中，評價分級表如下評價分級表
權(quán)利要求
1.一種礦井頂板危險報警的方法，其特征在于，包括 步驟A，采集礦井頂板的傳感要素集中每一傳感要素的傳感器值； 步驟B，對于所述傳感要素集中每一個傳感要素，將傳感器值分別代入相應(yīng)評判集中每個安全級別的隸屬函數(shù)，得到其隸屬度，得到的多個隸屬度組成該傳感要素的模糊子集向量; 步驟C，所述傳感要素集中多個傳感要素的所述模糊子集向量按序組成二維模糊關(guān)系矩陣，該二維模糊關(guān)系矩陣中第i行對應(yīng)第i個傳感要素的模糊子集向量； 步驟D，將所述二維模糊關(guān)系矩陣與指標(biāo)權(quán)重向量做矩陣乘法，其中，所述指標(biāo)權(quán)重向量中的第k個值為傳感要素集中第k個傳感要素的權(quán)重； 步驟E，獲得所述矩陣乘法的向量結(jié)果，該矩陣乘法向量結(jié)果對應(yīng)評判集的安全級別與各傳感要素對應(yīng)評判集的安全級別相對應(yīng)；從該向量結(jié)果中提取最大分量，該最大分量對應(yīng)評判集中的安全級別即為所述礦井頂板的安全級別； 步驟F，如果該安全級別高于預(yù)設(shè)的安全級別，則發(fā)出報警信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，所述傳感要素集至少包括以下傳感要素支架壓力和立柱伸縮量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述傳感要素集還可以包括以下傳感要 素其中的一個或多個鉆孔應(yīng)力、錨桿/索應(yīng)力、圍巖移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述傳感要素集還可以包括以下傳感要 素其中的一個或多個頂板離層數(shù)據(jù)、電磁輻射數(shù)據(jù)、微地震數(shù)據(jù)和常規(guī)礦壓數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，所述傳感要素集中各傳感要素對應(yīng)評判集及矩陣乘法向量結(jié)果對應(yīng)評判集的安全級別的個數(shù)相同，均為大于等于3的整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述傳感要素集中每一個傳感要素對應(yīng)評判集的安全級別個數(shù)為5，分別為安全、輕度危險、中度危險、重度危險和嚴(yán)重危險。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，傳感要素Ui的傳感器值X在其對應(yīng)評判集V中安全級別\的隸屬函數(shù)為
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟D中，所述傳感要素集U中第k個傳感要素的權(quán)重值
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟E中，所述矩陣乘法的向量結(jié)果中的各個分量為礦井頂板在對應(yīng)評判集中各安全級別的隸屬度； 最大分量在所述向量結(jié)果中的序號對應(yīng)礦井頂板的安全級別在評判集中的序號。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟F中發(fā)出報警信號為 發(fā)出聲/光報警信號； 向上位機(jī)發(fā)送報警信號；或 向礦井中作業(yè)的工作人員發(fā)出報警信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種礦井頂板危險報警的方法。本方法中，采集多傳感器數(shù)據(jù)，利用模糊綜合評定方法建立數(shù)學(xué)模型對采集的多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和分析，獲得煤礦頂板安全級別的判定，并根據(jù)該安全級別進(jìn)行報警。本發(fā)明以傳感器測量數(shù)據(jù)為依據(jù)，實用性好，評判結(jié)果準(zhǔn)確性高。
文檔編號E21F17/18GK102913285SQ20121043535
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者李學(xué)恩 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所