多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的應(yīng)用研究

李貴保

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長(zhǎng)治 046100）

引言

目前，各個(gè)煤礦均建立了以瓦斯傳感器為核心的煤礦井下瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)預(yù)警體系，對(duì)預(yù)防瓦斯突出事故起到了較大的作用，但隨著綜采作業(yè)深度的不斷增加、綜采作業(yè)環(huán)境的日趨復(fù)雜，現(xiàn)有預(yù)警體系采用單一的傳感器設(shè)備所存在的瓦斯誤報(bào)率高、監(jiān)測(cè)精度差、可靠性不足的缺陷日益突出[1]。因此提出了一種新的多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，該多類型傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將多類型傳感器設(shè)備進(jìn)行相互配合，利用多證據(jù)匹配理論，對(duì)各個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，最終確定井下精確的瓦斯?jié)舛?，該新型的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠顯著地減少單個(gè)傳感器誤報(bào)警事故的發(fā)生并有效地提升瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)預(yù)警靈敏性。

1 預(yù)警體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤礦井下實(shí)際情況及對(duì)瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警的需求，結(jié)合多證據(jù)匹配理論及數(shù)據(jù)融合處理概念，本文所提出的多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警體系整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，該多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警體系實(shí)際上是一個(gè)雙級(jí)體系的數(shù)據(jù)融合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，處于煤礦井下各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位上的瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、溫度傳感器、一氧化碳濃度傳感器、風(fēng)速傳感器等將實(shí)際監(jiān)測(cè)到的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理中心，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析處理和融合，處理器將初步分析結(jié)論傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)信息決策層進(jìn)行更深一步的分析處理，獲取最終的煤礦井下綜采作業(yè)環(huán)境狀態(tài)評(píng)估結(jié)論，根據(jù)評(píng)估結(jié)果確定是否需求進(jìn)行報(bào)警。該系統(tǒng)中的雙級(jí)體系數(shù)據(jù)融合[3]就是對(duì)不同監(jiān)測(cè)區(qū)域根據(jù)實(shí)際情況和要求劃分為不同的監(jiān)測(cè)組，在每一個(gè)監(jiān)測(cè)組內(nèi)均設(shè)置一個(gè)小組內(nèi)數(shù)據(jù)融合處理中心，對(duì)該監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行分析判斷，然后將該區(qū)域的分析判斷結(jié)果傳輸?shù)礁弦淮蔚臎Q策層，決策層根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)小組的區(qū)域監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，確定最終的井下環(huán)境狀態(tài)。該雙級(jí)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理速度快、數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)不同的區(qū)域情況，獲取該區(qū)域最佳的監(jiān)測(cè)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下整個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)境的最優(yōu)評(píng)價(jià)。

圖1 多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警體系結(jié)構(gòu)示意圖

2 預(yù)警體系預(yù)警方式的優(yōu)化

當(dāng)前，多數(shù)煤礦的井下瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警體系均通過對(duì)監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)定一個(gè)區(qū)域范圍的方式來進(jìn)行超越報(bào)警[4]，但由于井下實(shí)際綜采環(huán)境比較復(fù)雜，單純依靠特定的范圍限定的方式來進(jìn)行報(bào)警不僅極易產(chǎn)生誤差而且會(huì)頻繁發(fā)出誤報(bào)警，影響煤礦井下正常綜采作業(yè)，因此需要對(duì)瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警體系中的預(yù)警方式進(jìn)行優(yōu)化，提升其工作的穩(wěn)定性和精確性。

多證據(jù)匹配理論又稱D-S 證據(jù)理論[5]，該理論體系中，首先對(duì)各類傳感器監(jiān)測(cè)到的煤礦井下的環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分析，先通過第一級(jí)的數(shù)據(jù)融合后提升原始數(shù)據(jù)的判斷精度，然后再利用柯西模糊集合的數(shù)據(jù)處理方式來對(duì)各個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)和控制目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)函數(shù)進(jìn)行匹配，獲取不同類型數(shù)據(jù)的修正處理結(jié)果。最終通過模糊分析判斷的方式進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和結(jié)果的判斷，輸出最終的井下瓦斯態(tài)勢(shì)，該理論體系整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 多理論匹配體系結(jié)構(gòu)示意圖

3 預(yù)警體系的應(yīng)用

為了驗(yàn)證該多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的實(shí)際應(yīng)用效果，本文搭建了監(jiān)測(cè)預(yù)警體系實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，對(duì)傳統(tǒng)單一傳感器監(jiān)測(cè)下的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)精確性和誤報(bào)警情況進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可知，在實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)定的報(bào)警濃度上限值為3%，在9 h 的監(jiān)測(cè)過程中，采用傳統(tǒng)的單傳感器監(jiān)測(cè)，瓦斯?jié)舛茸兓厔?shì)和實(shí)際瓦斯?jié)舛茸兓厔?shì)一致，但其在對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的濃度差值存在較大的偏差，在監(jiān)測(cè)過程中發(fā)生了7 次瓦斯超限誤報(bào)警。但采用新的多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)警體系后，在監(jiān)測(cè)過程中的監(jiān)測(cè)結(jié)果和實(shí)際值的變化趨勢(shì)一致，結(jié)果也基本符合，整個(gè)過程中未發(fā)生誤報(bào)警情況，表現(xiàn)出了較高的穩(wěn)定性和可靠性，極大地提升了煤礦井下瓦斯監(jiān)測(cè)精度和可靠性。

圖3 不同監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比曲線

4 結(jié)論

1）雙級(jí)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理速度快、數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)不同的區(qū)域情況，獲取該區(qū)域最佳的監(jiān)測(cè)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下整個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)境的最優(yōu)評(píng)價(jià)。

2）多證據(jù)匹配理論可先通過第一級(jí)的數(shù)據(jù)融合后提升原始數(shù)據(jù)的判斷精度，然后再利用柯西模糊集合的數(shù)據(jù)處理方式來對(duì)各個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)和控制目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)函數(shù)進(jìn)行匹配，獲取不同類型數(shù)據(jù)的修正處理結(jié)果，具有精度高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。