基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)預(yù)測瓦斯災(zāi)害的方法與實現(xiàn)

陳榮想

【摘 要】煤礦生產(chǎn)存在著各種不安全的因素，因此加強(qiáng)對煤炭生產(chǎn)過程中的檢測和控制是十分有必要的。雖然我國政府有關(guān)部門和企業(yè)都采取了一系列的安全生產(chǎn)措施，但是仍然有許多因素造成了煤礦生產(chǎn)中的安全事故。其中瓦斯爆炸事故是煤礦生產(chǎn)中常見的事故，具有預(yù)測性低、發(fā)生時間快等特點(diǎn)，其后果和危害也比較嚴(yán)重，往往造成比較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此加強(qiáng)煤炭生產(chǎn)中的瓦斯預(yù)測具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；瓦斯災(zāi)害；預(yù)測

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和我國煤礦企業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，在煤礦生產(chǎn)中信息管理也逐漸得到了重視，在煤礦的安全生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)作為一種有效的數(shù)據(jù)分析和預(yù)測系統(tǒng)，能夠為管理者提高準(zhǔn)確有效的信息。同時在煤礦的安全生產(chǎn)中如何發(fā)現(xiàn)瓦斯的爆炸危險源數(shù)據(jù)，提高煤礦生產(chǎn)的安全預(yù)警能力，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在預(yù)測瓦斯災(zāi)害方面具有重要的應(yīng)用。

1.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)簡介

對瓦斯事故的預(yù)測是以監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，只有監(jiān)控系統(tǒng)通過足夠的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行有效的預(yù)測。以監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的預(yù)測具有很好的動態(tài)性，可以直觀的反映出煤礦瓦斯近期數(shù)據(jù)的變化情況，而且能夠根據(jù)這些數(shù)據(jù)來預(yù)測未來瓦斯的發(fā)展趨勢，能夠為企業(yè)的管理者提供針對性的解決措施來預(yù)防煤礦事故的發(fā)生。在挖掘大量的原始數(shù)據(jù)中要根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘的目的，建立相應(yīng)的模型，并且選擇合適的計算方法最終達(dá)到相應(yīng)的結(jié)果[1]。在現(xiàn)代煤礦的生產(chǎn)中建立了安全監(jiān)測系統(tǒng)，可以為數(shù)據(jù)挖掘提供大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但是監(jiān)測系統(tǒng)中存在大量的監(jiān)測傳感器，而且會隨著煤礦開采的深入而不斷的增加，而且這些監(jiān)測數(shù)據(jù)包含了煤礦生產(chǎn)過程中的全部信息，其中的關(guān)鍵技術(shù)、任何從這些大量的數(shù)據(jù)中得到數(shù)據(jù)挖掘所需要的信息。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠在所收集的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其中潛在的信息或者規(guī)律。因此，可以利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來挖掘瓦斯事故中的危險因素的特征值，然后來預(yù)測瓦斯災(zāi)害。

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是通過對大量的數(shù)據(jù)的整理和簡化以及轉(zhuǎn)換等處理過程成為能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的對象，通過組建挖掘模型并且利用這些數(shù)據(jù)來對某種知識模式進(jìn)行預(yù)測，保證人們進(jìn)行決策。從大的方面看，從數(shù)據(jù)庫中挖掘信息的過程也是數(shù)據(jù)挖掘，對數(shù)據(jù)、報表的分析和挖掘的過程都是數(shù)據(jù)挖掘的手段[2]。西方對數(shù)據(jù)挖掘的定義是從大型的數(shù)據(jù)庫中提取人們所感興趣的至少，這些知識內(nèi)容包含了隱含的、潛在的有用信息，其提取的結(jié)果可以是規(guī)律、規(guī)則、概念以及某種模式等。

數(shù)據(jù)挖掘的目的是為了利用某些理論、工具和方法等從數(shù)據(jù)源中提取人類所感興趣的知識，數(shù)據(jù)挖掘的過程就是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)源中的知識。和一般意義上的數(shù)據(jù)查詢相比較，其區(qū)別主要在于數(shù)據(jù)庫的查詢是被動的查詢，而數(shù)據(jù)挖掘則是主動的。數(shù)據(jù)挖掘是發(fā)現(xiàn)知識的過程，通過對數(shù)據(jù)分析和利用某種算法，在一定的準(zhǔn)確率的前提下，從大量的數(shù)據(jù)中得到了人類所需要的某種模式[3]。數(shù)據(jù)挖掘是從數(shù)據(jù)庫的的大量數(shù)據(jù)中找到正確的、潛在要用的并且可以理解應(yīng)用的知識。數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果主要為預(yù)測和描述兩個大的類別，預(yù)測是通過對當(dāng)前數(shù)據(jù)的分析進(jìn)而預(yù)測和判斷其以后的發(fā)展情況；描述往往是對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行描述。

2.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在瓦斯預(yù)測中的應(yīng)用

近年來為了有效的提高我國煤礦生產(chǎn)的安全性，保障煤炭生產(chǎn)的安全運(yùn)行。我國相關(guān)部門宣布和實行了各種安全預(yù)防措施，進(jìn)行了各種安全性基礎(chǔ)工作，對于一些存在安全隱患的企業(yè)進(jìn)行了改正，有效的提高了煤礦生產(chǎn)的安全度。但是安全作為煤礦生產(chǎn)中的首要因素，所以應(yīng)當(dāng)堅持不懈的做好其安全預(yù)測工作。信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用也提高了煤礦生產(chǎn)的安全性，通過建立煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，可以有效的對煤礦生產(chǎn)情況進(jìn)行實時遠(yuǎn)程監(jiān)測，達(dá)到降低和預(yù)防瓦斯事故的目的。數(shù)據(jù)挖掘是對煤礦檢測數(shù)據(jù)的處理 ，是為了從煤礦運(yùn)行中提取有用的知識，預(yù)測礦井中的瓦斯的安全情況。瓦斯災(zāi)害只有同時滿足以下三個條件才能發(fā)生，當(dāng)瓦斯的濃度處于爆炸范圍內(nèi)的時候，即瓦斯?jié)舛葹?%-16%的時候，礦井中的溫度、壓力和煤塵等因素也會影響其爆炸的界限；當(dāng)氧的濃度達(dá)到12%及以上的時候，瓦斯混合氣體就容易存在爆炸性；最后就是在瓦斯混合氣達(dá)到一定的著火點(diǎn)，其溫度最低為650℃，在煤炭的生產(chǎn)中煤炭自燃、井下抽煙、電氣火花、明火作業(yè)、違章放炮等因素都容易引起瓦斯混合氣體的爆炸[4]。

要想真正的利用好數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來預(yù)測瓦斯災(zāi)害，首先要熟悉煤礦生產(chǎn)的各種知識，了解煤礦安全生產(chǎn)的詳細(xì)信息，明確數(shù)據(jù)挖掘的目的和需求，這是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠取得良好效果的前提。在做好了前提的準(zhǔn)備工作之后，就需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是以大量的數(shù)據(jù)為處理對象的，但是數(shù)據(jù)挖掘工作不能夠直接的利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，還需要進(jìn)行其它的處理。首先要從煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)中得到其大量的內(nèi)部和外部的數(shù)據(jù)，并且按照數(shù)據(jù)的挖掘的要求提取有關(guān)的數(shù)據(jù)[5]。在提取出數(shù)據(jù)之后要對數(shù)據(jù)的質(zhì)量和信息進(jìn)行分析和判斷，通常和上一個階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷其是否一致和完整，丟失的數(shù)據(jù)要進(jìn)行補(bǔ)充。最后把選擇好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模型和系統(tǒng)能夠分析的數(shù)據(jù)，主要是為了以后的挖掘算法而準(zhǔn)備的。

為了進(jìn)一步的提高數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)利用粗糙理論對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，能夠得到信息的最小不斷同時還保留其關(guān)鍵的信息。為了減少噪聲對粗糙理論的影響，可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的部分，把粗糙理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有效的結(jié)合起來，可以提高數(shù)據(jù)的容錯能力和抗干擾性。為了對數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)性處理，可以利用FCM聚類算法來進(jìn)行離散化的處理，F(xiàn)CM聚類算法可以按照數(shù)據(jù)的相似程度，把數(shù)據(jù)集合合成為有限的類別。利用FCM聚類算法只需要提高聚類的數(shù)量，所得到的分析結(jié)果中就包含了各個數(shù)據(jù)的離散值和每個屬性值的隸屬度，最后還會將數(shù)據(jù)返回到不同模糊區(qū)域的中心[6]。預(yù)警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)挖掘模塊首先利用FCM聚類算法來處理樣本數(shù)據(jù)，然后理論粗糙理論來確定其相關(guān)屬性，被簡化的結(jié)果被傳送到RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后國家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的神經(jīng)元的個數(shù)來判斷出其危險的等級。在應(yīng)用的過程中要對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，不斷的檢測其結(jié)果和網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果之間的誤差，并且把這些誤差傳送到各個連接層的節(jié)點(diǎn)，通過對誤差進(jìn)行計算然后對各個連接權(quán)進(jìn)行不斷的修正，最終達(dá)到輸出值和實際結(jié)果的統(tǒng)一。

3.結(jié)束語

基于煤礦檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以有效的為管理人員通過煤礦生產(chǎn)的實時動態(tài)，為煤礦生產(chǎn)提供足夠的安全支持。通過采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以及時的跟蹤發(fā)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)中瓦斯的狀態(tài)，為決策提供有用的信息。便于及時的采取有效的措施，防止出現(xiàn)瓦斯安全事故，保障煤礦生產(chǎn)的安全進(jìn)行。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]張金山，辛同軍，孫家駒等.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦井瓦斯災(zāi)害預(yù)測中應(yīng)用探討[J].煤，2010，19（12）：47-49.

[2]賴振丹.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2013，（06）：124-125.

[3]張敏.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及應(yīng)用[J].信息技術(shù)，2010，34（08）：167-169.

[4]劉曉宇.基于數(shù)據(jù)挖掘的煤礦瓦斯爆炸危險源預(yù)警決策支持系統(tǒng)的研究[D].太原理工大學(xué)，2012.

[5]李瑞華.數(shù)據(jù)挖掘在煤礦安全監(jiān)測中的應(yīng)用[D].西安電子科技大學(xué)，2010.

[6]基于模糊綜合評價的煤礦本質(zhì)安全數(shù)據(jù)挖掘[J].中國管理信息化，2009，12（12）：73-77.