一种煤矿冲击地压的危险预测系统发明专利

专利名称：一种煤矿冲击地压的危险预测系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410605813.7

专利申请（专利权）人：兖矿能源集团股份有限公司,兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿
权利人地址：山东省济宁市邹城市凫山南路949号

专利发明（设计）人：王超,李士栋,高伟明,孔震,王方方,袁腾飞,周涛,高旭,周广飞,钟磊磊,于春雨,马树坤,陈祥祥,宋淑浩

专利摘要：本发明公开了一种煤矿冲击地压的危险预测系统，涉及煤矿危险预测技术领域，预处理规划模块通过无人机航拍对煤矿中的目标区域进行数据收集以将定位和相关信息进行收录，确定需要监测的煤体区域，再定位后的区域经由设备安装与调试单元下安装监测设备并对设备进行调试和优化，通过数据收集与预处理模块对目标煤体处的冲击地压的信息进行收集和处理并将该部分数据上传至地压计算分析模块中进行计算，计算出冲击地压危险性数值并进行数据反馈，具备了基于煤体应力监测法进行实时连续监测的形式，通过算法的实时计算且能根据实际的监测情况来定向的改变计算数值，使得循环不断的计算出对应时刻的实际危险预测结果，具备了更为优良的安全性。

主权利要求：
1.一种煤矿冲击地压的危险预测系统，其特征在于：包括预处理规划模块、设备安装与调试单元、数据收集与预处理模块、地压计算分析模块、危险预警反馈模块、传输处理模块、数据库和用户终端；
所述预处理规划模块是通过无人机航拍对煤矿中的目标区域进行数据收集以将定位和相关信息进行收录，然后确定需要监测的煤体区域，接着再定位后的区域经由所述设备安装与调试单元下安装监测设备并对设备进行调试和优化，然后通过所述数据收集与预处理模块对目标煤体处的冲击地压的信息进行收集和处理并将该部分数据上传至所述地压计算分析模块中进行计算，计算出煤矿集中应力值、煤体能量释放速率以及冲击地压危险性数值，然后将冲击地压危险性数值反馈至煤矿集中应力值的计算过程中来调整后续的煤体能量释放速率以及冲击地压危险性数值；
通过所述危险预警反馈模块发出冲击地压危险预警并通知管理人员采取预防措施，再报警的同时将该部分数据上传至所述传输处理模块内，所述传输处理模块一方面对数据上传至所述数据库内进行存储，另一方面反馈至所述用户终端上供管理人员实时观察数据以及预警的事实变化信息；
所述地压计算分析模块包括冲击地压煤体集中应力计算单元、冲击地压煤体能量释放速率计算单元和冲击地压危险性计算单元；
所述冲击地压煤体集中应力计算单元如下：
；
其中： 表示当前时刻t的应力集中指数，时刻表示为（1…t）；
表示当前时刻t的最大应力值；
表示当前时刻t的平均应力值；
所述冲击地压煤体能量释放速率单元包括：
;
其中： 表示当前时刻t的能量释放速率；
表示为 的权重系数， 一般取值为0.3‑0.65；
表示为应力变化量，也就是当前时刻的最大应力值与前一时刻的最大应力值之差；
表示为 的权重系数；
所述冲击地压危险性计算单元包括：
;
其中： 为当前时刻t的冲击危险性指数；
为 的权重系数， 为 的权重系数；
设定无危险阈值为0‑e1和有危险阈值e1‑e2，当 处于0‑e1内时则为无冲击地压危险，当 处于e1‑e2内时则为有冲击地压危险。
2.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压的危险预测系统，其特征在于：所述冲击地压危险性计算单元和所述冲击地压煤体集中应力计算单元的进一步如下：;
其中 表示下一时刻的平均应力值；
为 的权重系数。
3.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压的危险预测系统，其特征在于：所述设备安装与调试单元使用的设备为微震监测器、应力监测仪、数据采集器和转存工作站，所述应力监测仪安装在目标煤体区，通过所述应力监测仪收集煤矿工作面的应力数据，包括最大应力值和平均应力值。
4.根据权利要求3所述的煤矿冲击地压的危险预测系统，其特征在于：所述数据采集器用于将所述微震监测器和所述应力监测仪收集到的数据转换为计算机读取格式，再经由所述转存工作站对该部分数据进行存储和预处理。
5.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压的危险预测系统，其特征在于：所述危险预警反馈模块包括声光报警器，所述声光报警器安装在煤体工作区域以及管理员工作区域处。 说明书 : 一种煤矿冲击地压的危险预测系统技术领域[0001] 本发明涉及煤矿危险预测技术领域，具体为一种煤矿冲击地压的危险预测系统。背景技术[0002] 煤矿冲击地压是一种严重的破坏性强的矿井动力灾害，严重的危害到相关的工作人员的生命健康安全，尤煤矿冲击地压的发生情况复杂且多种多样，进而在发生冲击地压的时候可能会使得工作人员防不胜防，且具有较高的破坏性，因此煤矿冲击地压的危险预测是预防煤矿冲击地压灾害事故发生的重要措施。[0003] 目前现有的煤矿冲击地压危险预测方法系统多采用静态的危险预测，该方式时在煤体工作面开工前提前的完成的，从应力场的角度出发对煤矿冲击地压灾害进行预测，但是静态的危险预测忽略了实际工作中监测数据显现情况以及其他影响情况，进而出现监测预测数据不准确的情况。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种煤矿冲击地压的危险预测系统，解决了上述背景技术中所提出的问题。[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿冲击地压的危险预测系统，包括预处理规划模块、设备安装与调试单元、数据收集与预处理模块、地压计算分析模块、危险预警反馈模块、传输处理模块、数据库和用户终端；[0006] 所述预处理规划模块是通过无人机航拍对煤矿中的目标区域进行数据收集以将定位和相关信息进行收录，然后确定需要监测的煤体区域，接着再定位后的区域经由所述设备安装与调试单元下安装监测设备并对设备进行调试和优化，然后通过所述数据收集与预处理模块对目标煤体处的冲击地压的信息进行收集和处理并将该部分数据上传至所述地压计算分析模块中进行计算，计算出煤矿集中应力值、煤体能量释放速率以及冲击地压危险性数值，然后将冲击地压危险性数值反馈至煤矿集中应力值的计算过程中来调整后续的煤体能量释放速率以及冲击地压危险性数值；[0007] 通过所述危险预警反馈模块发出冲击地压危险预警并通知管理人员采取预防措施，再报警的同时将该部分数据上传至所述传输处理模块内，所述传输处理模块一方面对数据上传至所述数据库内进行存储，另一方面反馈至所述用户终端上供管理人员实时观察数据以及预警的事实变化信息；[0008] 所述地压计算分析模块包括：冲击地压煤体集中应力计算单元、冲击地压煤体能量释放速率计算单元和冲击地压危险性计算单元。[0009] 可选的，所述冲击地压煤体集中应力计算单元如下：[0010][0011] 其中：SAAt表示当前时刻t的应力集中指数，时刻表示为(1…t)；[0012] Tmax，t表示当前时刻t的最大应力值；[0013] Tav，t表示当前时刻t的平均应力值。[0014] 可选的，所述冲击地压煤体能量释放速率单元包括：[0015] SABt＝SAAt2*SAAq+(Tmax，t‑Tmax，t‑1)*Tq；[0016] 其中：SABt表示当前时刻t的能量释放速率；[0017] SAAq表示为SAAt的权重系数，SAAq一般取值为0.3‑0.65；[0018] (Tmax，t‑Tmax，t‑1)表示为应力变化量，也就是当前时刻的最大应力值与前一时刻的最大应力值之差；[0019] Tq表示为(Tmax，t‑Tmax，t‑1)的权重系数。[0020] 可选的，所述冲击地压危险性计算单元包括：[0021][0022] 其中：SACt为当前时刻t的冲击危险性指数；[0023] SABq为SABt的权重系数，SAq为SAAt*SAAt‑1的权重系数；[0024] 设定无危险阈值为0‑e1和有危险阈值e1‑e2，当SACt处于0‑e1内时则为无冲击地压危险，当SACt处于e1‑e2内时则为有冲击地压危险。[0025] 可选的，所述冲击地压危险性计算单元和所述冲击地压煤体集中应力计算单元的进一步如下：[0026] Tav，t+1＝Tav，t(1‑SACt*SACq)；[0027] 其中Tav，t+1表示下一时刻的平均应力值；[0028] SACq为SACt的权重系数。[0029] 可选的，所述设备安装与调试单元使用的设备为微震监测器、应力监测仪、数据采集器和转存工作站，所述应力监测仪安装在目标煤体区，通过所述应力监测仪收集煤矿工作面的应力数据，包括最大应力值和平均应力值。[0030] 可选的，所述数据采集器用于将所述微震监测器和所述应力监测仪收集到的数据转换为计算机读取格式，再经由所述转存工作站对该部分数据进行存储和预处理。[0031] 可选的，所述危险预警反馈模块包括：声光报警器，所述声光报警器安装在煤体工作区域以及管理员工作区域处。[0032] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：[0033] 本发明能将煤矿冲击地压的煤体内部应力集中指数、能量释放速率和冲击危险性指数进行计算，该三种数值是煤矿冲击地压危险预测的重要组成部分，通过应力集中指数的计算，能反映出煤体内部的应力集中程度的情况进而可对应的采取加强支护和降低开采量的措施，通过能量释放速率的计算单位时间内煤体内部应力能量的释放速率情况进而可对地压冲击发生的可能性进行精准的计算并且还能对应的采取加强监测和调整开采方案等措施，通过冲击危险性指数的计算能得出目标区域煤体冲击地压的危险程度，进而可直观的反馈给监管人员简单明确的安全信息，从而智能性更佳，且本系统中的三种算法联合使用在煤矿冲击地压危险预测的过程中具有重要的数值作用，可供使用者快速的了解到煤体内部应力的变化和分布情况，可根据每种算法得出的数值不一来采取对应的措施来大幅度的降低煤体煤矿冲击地压的危险，本系统中主采用三种算法，冲击地压煤体集中应力计算单元的数值能代入到冲击地压煤体能量释放速率计算单元中，冲击地压煤体能量释放速率计算单元中的数值和算法冲击地压煤体集中应力计算单元中的数值又能整体的代入到冲击地压危险性计算单元中进行计算，并且冲击地压危险性计算单元中的数值能反馈并影响到冲击地压煤体集中应力计算单元中代入的数值，使得三种算法相互交涉、缠绕和影响，使得数值再不断地循环改变，达到数值的更为精确和有效，三种算法计算出的结果也能对应了解到煤体冲击地压的相关数据，进而供使用者采取对应的措施，进而智能性更佳。附图说明[0034] 图1为本煤矿冲击地压的危险预测系统流程图；[0035] 图2为本煤矿冲击地压的危险预测系统的整体结构示意图。具体实施方式[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0037] 实施例一，请参阅图1至图2，本实施提供一种煤矿冲击地压的危险预测系统，包括预处理规划模块、设备安装与调试单元、数据收集与预处理模块、地压计算分析模块、危险预警反馈模块、传输处理模块、数据库和用户终端；[0038] 预处理规划模块是通过无人机航拍对煤矿中的目标区域进行数据收集以将定位和相关信息进行收录，然后确定需要监测的煤体区域，接着再定位后的区域经由设备安装与调试单元下安装监测设备并对设备进行调试和优化，然后通过数据收集与预处理模块对目标煤体处的冲击地压的信息进行收集和处理并将该部分数据上传至地压计算分析模块中进行计算，计算出煤矿集中应力值、煤体能量释放速率以及冲击地压危险性数值，然后将冲击地压危险性数值反馈至煤矿集中应力值的计算过程中来调整后续的煤体能量释放速率以及冲击地压危险性数值；[0039] 通过危险预警反馈模块发出冲击地压危险预警并通知管理人员采取预防措施，再报警的同时将该部分数据上传至传输处理模块内，传输处理模块一方面对数据上传至数据库内进行存储，另一方面反馈至用户终端上供管理人员实时观察数据以及预警的事实变化信息；[0040] 地压计算分析模块包括：冲击地压煤体集中应力计算单元、冲击地压煤体能量释放速率计算单元和冲击地压危险性计算单元。[0041] 本实施例中：冲击地压煤体集中应力计算单元指代算法一、冲击地压煤体能量释放速率计算单元指代为算法二、冲击地压危险性计算单元指代为算法三，三种算法的联合使用在煤矿冲击地压危险预测的过程中具有重要的数值作用，可供使用者快速的了解到煤体内部应力的变化和分布情况，可根据每种算法得出的数值不一来采取对应的措施来大幅度的降低煤体煤矿冲击地压的危险，本系统中主采用三种算法，冲击地压煤体集中应力计算单元的数值能代入到冲击地压煤体能量释放速率计算单元中，冲击地压煤体能量释放速率计算单元中的数值和算法冲击地压煤体集中应力计算单元中的数值又能整体的代入到冲击地压危险性计算单元中进行计算，并且冲击地压危险性计算单元中的数值还能反馈并影响到冲击地压煤体集中应力计算单元中代入的数值，使得三种算法相互交涉、缠绕和影响，使得数值再不断地循环改变，达到数值的更为精确和有效，三种算法计算出的结果也能对应了解到煤体冲击地压的相关数据，进而供使用者采取对应的措施，进而智能性更佳。[0042] 请参阅图1至图2，冲击地压煤体集中应力计算单元如下：[0043][0044] 其中：SAAt表示当前时刻t的应力集中指数，时刻表示为(1…t)；[0045] Tmax，t表示当前时刻t的最大应力值；[0046] Tav，t表示当前时刻t的平均应力值。[0047] 本实施例中：通过冲击地压煤体集中应力计算单元可得到当前时刻的应力集中指数，用于反映出煤体内部的应力集中程度的情况，当应力较为的集中时，目标煤体更易出现破坏的情况，进而可能引发冲击地压，通过SAAt的计算可供使用者及时的发型煤体内部潜在的应力集中区域，进而可对应的采取相应的措施进行防范和控制，例如在煤体的应力集中区域处加强支护和降低开采量的措施以降低出现冲击地压的风险。请参阅图1至图2，冲击地压煤体能量释放速率单元如下：[0048] SABt＝SAAt2*SAAq+(Tmax，t‑Tmax，t‑1)*Tq；[0049] 其中：SABt表示当前时刻t的能量释放速率；[0050] SAAq表示为SAAt的权重系数，SAA一般取值为0.3‑0.65；[0051] (Tmax，t‑Tmax，t‑1)表示为应力变化量，也就是当前时刻的最大应力值与前一时刻的最大应力值之差；[0052] Tq表示为(Tmax，t‑Tmax，t‑1)的权重系数。[0053] 本实施例中：本冲击地压煤体能量释放速率单元是通过将冲击地压煤体集中应力计算单元的数值进行代入计算所得的，SABt具备衡量量单位时间内煤体内部应力能量的释放情况，当SABt较高的时候对应该时刻目标煤体内部能量的释放速度越快越迅速，随着能量的快速释放可能会出现煤体的突然破坏进而出现地压冲击的情况，进而SABt也是计算该时刻目标煤体的重要数据之一，通过SABt的计算可综合性的预测出煤体内部能量的变化趋势，从而精准的判断冲击地压发生的可能性，当SABt超过一定的范围后，可为使用者提供一个警示作用，可对应的如加强监测、调整开采方案等，以避免冲击地压事故的发生以及采取相应的预防措施。[0054] 请参阅图1至图2，冲击地压危险性计算单元如下：[0055][0056] 其中：SACt为当前时刻t的冲击危险性指数；[0057] SABq为SABt的权重系数，SAq为SAAt*SAAt‑1的权重系数；[0058] 设定无危险阈值为0‑e1和有危险阈值e1‑e2，当SACt处于0‑e1内时则为无冲击地压危险，当SACt处于e1‑e2内时则为有冲击地压危险。[0059] 本实施例中：通过冲击地压煤体集中应力计算单元计算的数值以及冲击地压煤体能量释放速率计算单元的数值来求得冲击危险性指数，并能根据实际的情况来设定阈值来达到自动化反馈出实际冲击地压危险情况的效果，同时当SACt越高的时候也能证明出此时目标矿体的冲击地压危险程度越高，冲击地压危险性计算单元的使用计算下，能给使用者提供一个全面、综合的评估指标，有助于使用者对矿体目标区域处的安全情况进行综合的判断，通过实时的监测SACt的变化，可及时的发现出安全隐患，并可快速及时的采取对应的措施，以及冲击地压危险性计算单元可作为指定和调整矿体开采方案的依据和基准，从而确保煤体开采的安全性；[0060] 例如：e1和e2的数值为20％和75％，因此危险阈值为0‑20％和20％‑75％，当SACt的数值为16％时此时位于0‑20％之内的时候，证明为无危险，当SACt的数值为66％时此时位于20％‑75％之内的时候，证明为有危险，随着SACt数值的不断上升危险性也在不断的增加。[0061] 冲击地压危险性计算单元和冲击地压煤体集中应力计算单元的进一步如下：[0062] Tav，t+1＝Tav，t(1‑SACt*SACq)；[0063] 其中Tav，t+1表示下一时刻的平均应力值；[0064] SACq为SACt的权重系数。[0065] 本实施例中：本方式中通过冲击地压危险性计算单元的计算能实时的影响到冲击地压煤体集中应力计算单元，进而来通过实时改变平均应力值来针对性的对后续调整煤矿集中应力值、煤体能量释放速率值和冲击危险性指数值，以实时的生成新的下一时刻的冲击危险性指数，因此本煤矿冲击地压的危险预测系统通过三种公式之间的运算，能使得冲击地压危险性计算单元的计算结果影响到冲击地压煤体集中应力计算单元中，可不断循环的进行监测和计算，可实现实时的煤矿工作面的冲击地压危险性，具有不断循环和不断干涉输出数据的效果，使得冲击危险性指数更为的精准且有效，以便根据精准的监测数值结果来采取相应的措施来保障工作面的安全。[0066] 实施例二，在上述实施例的基础上：[0067] 请参阅图1和图2，设备安装与调试单元使用的设备为微震监测器、应力监测仪、数据采集器和转存工作站，应力监测仪安装在目标煤体区，通过应力监测仪收集煤矿工作面的应力数据，包括最大应力值和平均应力值。[0068] 本实施例中：通过微震监测器、应力监测仪能对矿体工作区域处的冲击地压信息进行实时的监测，且具有高精度监测的效果，能够对应力的变化进行实时的感知。[0069] 数据采集器用于将微震监测器和应力监测仪收集到的数据转换为计算机读取格式，再经由转存工作站对该部分数据进行存储和预处理。[0070] 本实施例中：通过数据采集器和转存工作站能对监测到的数据进行初步的存储收集和处理，便于后续输入计算机的准备，且可对数据进行转换格式等便捷性的处理。[0071] 危险预警反馈模块包括：声光报警器，声光报警器安装在煤体工作区域以及管理员工作区域处。[0072] 本实施例中：当检测到超过预定阈值的时候，通过声光报警器发成声音和光的报警信号来提醒煤矿工作面和管理工作区域处的工作人员以达到及时提醒冲击地压危险预警的效果，具备了优良的警示性。[0073] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

专利地区：山东

专利申请日期：2024-05-16

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN118532229B