煤矿瓦斯浓度异常预警分析系统

《煤矿瓦斯浓度异常预警分析系统》

矿井安全监控系统最基本最重要的功能是实时监测矿井各采掘工作面瓦斯数据动态变化情况，在达到或超过预先设定的报警值时进行报警，在达到或超过预先设定的断电值实施断电控制功能。由于目前矿井安全监控系统只有在瓦斯值达到或超过设定的某个固定报警值才能报警，报警方式较为死板、单一，不能及时对瓦斯异常动态变化情况进行提前预警和分析。如：设定的瓦斯报警值为0.8%，矿井安全监控系统只有在瓦斯值达到或超过0.8%才能报警，若瓦斯值从0.01%瞬间增长至0.79%，增幅为79倍，安全监控系统并不能及时捕捉期间瓦斯浓度异常变化的信息。

合肥明信软件技术有限公司研发了《煤矿瓦斯浓度异常预警分析系统》，结合煤矿现有安全监控系统的运行状况，对井下瓦斯采集数据进行深层次挖掘和利用，最终实现对瓦斯浓度增幅过程实时监控，达到瓦斯浓度异常预警的目的。该系统对于预防瓦斯超限、地质预测预报、煤与瓦斯突出预兆有一定的指导作用，特别是采掘工作面接近小构造、异常带、临近煤层时，捕捉期间微小的瓦斯变化规律，及时发现异常构造或煤层的瓦斯异常变化具有重要的意义和较高的应用价值。

《煤矿瓦斯浓度异常预警分析系统》是基于煤矿安全监控系统数据平台研发的，装备安全监控系统的矿井都可以使用本系统，并且与安全监控系统相互独立

运行，互不影响。系统支持外网预警方式，登陆互联网即可实时监测矿井瓦斯浓度异常预警预报。矿井瓦斯浓度异常预警系统还可以对接入安全监控系统中的风速、CO、温度等各类模拟量进行预警预报。

功能一：瓦斯浓度瞬间增幅预警

瞬间增幅法是指动态瓦斯浓度数据与前一个巡检周期瓦斯浓度数据进行的增幅预警。

瞬间增幅可通过下式计算：

式中 Dn——动态瓦斯浓度

D n-1——前一个巡检周期瓦斯浓度

以掘进工作面回风瓦斯传感器T2为例，规则可按下列区间设置：

当Dn＜0.1%时，不实行动态预警。

当Dn≥0.1%时，从n-1到n个巡检周期内，采取动态方式预警：当0.1%≤Dn-1≤0.2%，若Tn≥100%自动预警；

当0.2%＜Dn-1≤0.4%，若Tn≥50%自动预警；

当0.4%＜Dn-1≤0.6%，若Tn≥25%自动预警；

当0.6%＜Dn-1，若Tn≥15%自动预警；

当0.6%＜Dn-1，若Tn≥15%自动预警。

功能二：瓦斯浓度平均值增幅预警

平均值增幅法是指当前测点瓦斯浓度数据与前n-1个巡检周期时间段内（巡检周期*(n-1)）所有瓦斯数据的平均值进行增幅预警。

平均值增幅可通过下式计算：

式中 A——前n-1个巡检周期的平均值

D i——实时动态瓦斯浓度

D n——当前动态瓦斯浓度

以掘进工作面回风瓦斯传感器T2为例，规则可按下列区间设置：

当A＜0.1%或Dn＜0.1%不实行动态预警。

当Dn≥0.1%时，采取动态方式预警：

当0.1%≤A≤0.2%，若Tn≥100%自动预警；

当0.2%＜A≤0.3%，若Tn≥50%自动预警；

当0.3%＜A≤0.4%，若Tn≥40%自动预警；

当0.4%＜A≤0.5%，若Tn≥30%自动预警；

当0.5%＜A≤0.6%，若Tn≥20%自动预警；

当0.6%＜A ，若Tn≥15%自动预警。

功能三：瓦斯涌出、突出模型预测

突出事故中，瓦斯浓度在数分钟内就能达到10%左右，而5%是瓦斯可以爆炸的下限，所以必须在瓦斯浓度异常变化的早期就要进行分析、识别。从分析中可以得出突出事故中瓦斯浓度变化远比涌出情况剧烈。

从原始采集数据得出一次梯度的表达式

(1)： g1(k)=d(k+1)-d(k)

从一次梯度数据得出二次梯度的表达式及一次梯度曲线和二次梯度曲线。

(2)： g2(k)=g1(k+1)-g1(k)

实现成功的预警需要快速分析瓦斯浓度的变化，关键是在极早期准确区分突出与涌出。通过建立的一般性模型分析发现瓦斯浓度的一次梯度、二次梯度在不

同涌出强度下差别变化，利用模糊数学方法，以瓦斯浓度的一次梯度、二次梯度作为输入，可以对涌出与突出进行准确识别，实现突出时间的早期预警。

功能四：绝对瓦斯涌出量预警

绝对瓦斯涌出量预警法是指利用测点的瓦斯浓度、风速及巷道断面面积计算瞬时绝对瓦斯涌出量的预警方法。设有瓦斯测点G、风速测点F，已知巷道断面面积为S，则风速、瓦斯浓度任意一个量发生变化，都会引起绝对瓦斯涌出量的变化。可对该巷道绝对瓦斯涌出量进行动态预警，预警方案初步具备绝对瓦斯涌出量上限预警、瞬间增幅预警、平均值增幅预警。

绝对瓦斯涌出量定义：（即单位时间涌出瓦斯体积，m3/min）：

Q=60×S×F×G/100

式中：Q——绝对瓦斯涌出量，m3/min；

S——断面积，m2；

F——风速，m/s；

G——传感器测定瓦斯浓度，％。

通过累计绝对瓦斯涌出量，自动生成涌出量趋势图，对一段时期内瓦斯涌出量进行查询分析。