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残矿回采地压安全预警系统的构建方法与应用研究(1)

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第20卷第10期2010年10月中国安全科学学报Ch i na Sa fety Sc i ence Journa lV o l.20N o.10O ct.2010残矿回采地压安全预警系统的构建方法与应用研究*邓红卫副教授崔秀敬高峰讲师李杰林(中南大学资源与安全工程学院,长沙410083)学科分类与代码:6203099(安全工程技术科学)中图分类号:X936文献标志码:A基金项目:国家自然科学基金面上项目(5174178)。

资助项目:中南大学前沿研究计划资助项目(2110QZZD001)。

=摘要>为提高矿山的安全生产水平,针对地下矿山复杂环境下残矿回采过程潜在的安全问题,并基于安全系统工程的观点与粗糙集理论的属性约简功能,提出残矿回采地压安全预警系统的构成内容与构建流程,建立地压监测数据的神经网络灰色Verhulst算法组合预测模型和安全评价模型。

据此,构建国内某矿山残矿回采中段的地压安全预警系统,该地压安全预警系统为本矿山的残矿回采过程提供了安全保障。

残矿回采地压安全预警系统能指导矿山循序渐进的构建符合残采系统工程实际的安全预警系统。

=关键词>残矿回采;地压;安全预警系统;构建流程;预测模型Constructi on of G round Pressure Safety Earl y-w arn i n g Syste m f orR esi dua lO re Extracti on and Its A pp li cati onDENG Hong-we i,Assoc.Prof.CU I X i u-jing GAO Feng,L ecturer LI J ie-lin (School of Resources&Safety Eng i n eeri n g,Centra l South Un iversity,Changsha410083,Ch i n a)Abstract:I n o r der to i m prove safe leve l ofm ini n g pr oducti o n,acco r d i n g to the po tentia l safety prob le m s duri n g the process of stop i n g resi d ual ores i n co m plex env iron m ent o f underground m ines,the co m ponents and constructi o n process o f safety earl y-w arn i n g syste m for ground pressure during the process of stopi n g re-sidua l ores w ere presented based on the v i e w po i n t o f safety syste m eng i n eering and the attri b ute reducti o n o f rough set t h eo r y.The co m posite m ode l based on neura l net w o r k and grey Verhulst a l g orithm,and the safety assess m entmode l for monitori n g ground pressure data w ere constr ucted.Accord i n g to this,a ground pressure safety early-w arn i n g syste m for the m i d-section o f resi d ual ore syste m i n a do m estic underground m eta lm i n e w as bu il,t wh ich pr ov i d ed safety guaran tees for resi d ual ores extraction.The constr uction ap-proach directs m i n es ho w to bu ild step-by-step safety earl y-w arning syste m appropriate for t h e process of stop i n g resi d ual ores.K ey words:stop i n g of residua l ore;g round pressure;sa fety early-w arn i n g syste m;constr uction process;pred iction m ode l0引言近年来,我国的安全生产形势有所好转,但重、特大事故仍时有发生,分析国内的总体安全生产现状,地压灾害是矿山安全生产的主要影响因素之一,严重威胁着矿山的生产安全。

为保证矿山生产安全,同时响应5国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知6(国发[2010]23号)提出的矿山应采用先进适用的技术装备来提高矿山安全生产水平的要求[1],必须加强对采矿过程中地压灾害的防治。

目前,我国对地压灾害的监测技术较为成熟,主要包括微震监测、电磁辐射技术、声发射技术以及传*文章编号:1003-3033(2010)10-0129-06;收稿日期:2010-07-18;修稿日期:2010-09-28统的应力应变与位移监测等[2-3]。

但是对于监测取得的应力型、位移型、声发射或微震型等不同类型的海量数据,尚缺乏科学、完善的地压灾害安全预警系统,不能有效地对数据进行合理的分析、预测、预报,对预测结果进行合理的评价,并依据评价结果进行及时的预警[4-5]。

随着采矿技术水平的提高、矿产资源储量的减少以及对矿产资源需求的增加,促使越来越多的矿山开始对残矿进行回采。

在残矿回采系统中,由于空区或不明充填区的存在、残矿回采活动致使系统应力的再次重新分布、裂隙与节理的发育等诸多因素的影响,造成残矿回采过程存在重大安全隐患,特别是地压灾害对残矿回采过程安全生产的威胁最大。

由于地下矿山残矿回采受地压灾害的影响极大,为保证残采的安全生产,亟待建立一套完善的安全预警系统。

基于地下矿山复杂环境下残矿回采过程所面临的严峻安全问题,笔者探讨了残矿回采地压安全预警系统的构建方法。

1 残矿回采地压安全预警系统构建流程1.1 安全预警系统组分的确定参考国内外学者对地压监测、监测预测的研究,依据安全系统工程的观点,提出残矿回采地压安全预警系统的基本框架,并应用粗糙集理论的属性约简功能对构成成分进行约简,依据约简结果确定残采回采地压安全预警系统由二级组分构成。

其中一级组分为地压监测、监测结果预测预报、预测结果安全评价、系统超限报警。

1.2 安全预警系统构建与循环完善流程由于地下矿山残矿回采系统环境复杂,受空区、采动裂隙等因素的影响,面临较为严峻的地压安全威胁。

通过分析,提出残矿回采地压安全预警系统构建流程:首先收集矿山残矿回采系统地质等资料,全面了解矿山残矿分布、地质情况、残采中段节理裂隙发育状态、空区分布与充填情况等;其次,为更全面掌握残采系统地压影响状态,利用矿业工程软件建立残采系统三维数字模型,应用有限元法(FE M )、有限差分法(FD M )等数值模拟计算方法对残采系统稳定性进行模拟计算与分析;第三,依据相关资料与残采中段模拟分析结果,选取地压监测仪器,布设地压监测点,安装监测仪器并进行调试;第四,确定预测预报方法、安全评价方法、超限报警模式,依据模拟结果、监测数据、岩矿物理力学参数等构建预测预报模型、安全评价模型;第五,采用地压监测技术、计算机技术等实现地压监测、监测数据存储与处理、监测预测、预测结果安全评价与超限报警。

为提高残矿回采地压安全预警系统对残采过程地压灾害预警的可靠性,采用De m ing 提出的PDC A循环完善模式[6],通过对相应位置对应时间的预测预警结果与实际情况分析,不断调整安全预警系统相关参数,实现安全预警系统的循环完善。

残矿回采体系地压安全预警系统的构建与循环完善流程的实施如图1所示。

图1 残矿回采地压安全预警系统构建流程图#130#中国安全科学学报Chi na Safety Sc ience Journal 第20卷2010年1.3残采系统地压监测布设地下矿山残矿回采系统地压监测点的布设位置与方式对于残矿回采中段整体稳定性有着重要的影响。

在监测点布设时,应依据残采系统稳定性模拟与分析结果,在不同岩体部位或地点(如强度最弱点、构造破坏点、应力最大值点、工程体关键点、具有代表性点、反应最敏感点、空腔体周边点、不同界面点等)埋设测点[7],测定其在残采影响下的各点的位移、应力等变化量,反映被开采体周围的次生应力分布与转移规律,判定残矿回采系统稳定性状态。

2安全预警系统预测预报模型与安全评价模型的构建2.1预测预报模型构建2.1.1预测预报方法选择由于矿岩体的高度非线性、不确定性等特征,决定矿山地压灾害预警系统是一个高度复杂的非线性系统,因此应采用非线性科学理论构建模型进行预测研究。

考虑残采系统监测内容、各类预测分析方法的优缺点[8-11],本系统选取灰色V er hulst函数预测模型与BP神经网络构建神经网络灰色V er hulst算法组合预测模型对监测结果进行预测分析。

2.1.2神经网络灰色Verhulst算法组合预测模型的训练与预测分析选取残采系统不同监测点在不同时间段监测取得的m个数据列,每个数据列包含n个数据,经处理后,组合成预测模型的训练样本,对组合预测模型进行训练。

组合预测模型的训练以及依据监测数据对地压的预测预报步骤[12]如下:1)用这m个数列分别建立m个Verhu lst模型数列X(1)1,,,X(1)m。

2)利用Verhu lst函数预测模块对数列X(1)1, ,,X(1)m分别进行预测,得到m个预测数列X^(1)1, ,,X^(1)m。

3)将预测数列组X^(1)1,,,X^(1)m作为BP神经网络预测模块的输入,将数列组X(1)1,,,X(1)m作为输出,组合成BP神经网络预测模块的m个训练样本,对神经网络进行训练,并进行网络结构与初始权值、阈值的设定。

4)通过对BP网络的训练,确定网络中对应于每个节点的1系列权值与阈值,完成该残采系统组合预测模型的训练。

5)将残采系统某监测点在t+$t时间段的1组监测数据X(0)构建V er hu lst模块数列X(1),并进行预测,得到预测数据X^(1),将X^(1)作为BP神经网络模块的输入,进行预测得到神经网络预测结果X~(1),对预测结果进行处理即得到t+$t+$k时刻的预测数列X~(0)。

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煤矿安全监测与预警系统的研制与应用

煤矿安全监测与预警系统的研制与应用

煤矿安全监测与预警系统的研制与应用随着中国经济的迅猛发展，煤矿工业也逐渐成为了国民经济的支柱产业。

然而，由于煤矿开采的复杂环境和高风险性，煤矿事故频发，严重威胁了矿工的生命安全和煤炭产业的可持续发展。

为此，煤矿安全监测与预警系统的研制与应用成为了当前煤矿行业不可或缺的重要环节。

一、煤矿安全现状及挑战我国煤矿行业的快速发展，为国家经济和社会发展作出了极大的贡献。

然而，由于我国煤矿开采的复杂环境和高风险性，煤矿事故仍然频繁发生。

据有关部门统计，2000年至2019年1-8月，在全国煤矿事故发生了166次，共造成了3915人死亡，这些数字让人们深感煤矿安全问题的严峻性。

面对煤矿安全问题，如何科学、有效地预防和控制煤矿事故，一直是煤矿行业所面临的挑战。

因此，煤矿安全监测与预警系统的研究和应用成为了当前煤矿行业的一个热门研究方向。

二、煤矿安全监测与预警系统的研究和应用2.1 煤矿安全监测技术煤矿安全监测技术是煤矿安全监测与预警系统的核心，其目的是通过对煤矿生产过程中的实时监测，获取煤矿环境数据和生产状态，以便及时发现和处理煤矿存在的安全问题。

煤矿安全监测技术主要包括环境监测和人员监测两个方面。

环境监测通常采用温度、湿度、风速、氧气浓度等多参数监测技术。

人员监测主要通过身份识别、定位等技术手段，实现对职工的实时跟踪和监测。

2.2 煤矿安全预警技术煤矿安全预警技术是针对煤矿生产中可能存在的安全隐患，通过对煤矿环境和规则的分析，及时发现潜在的安全风险。

现阶段煤矿安全预警技术主要依靠人工判断和经验，存在着判断依据主观、漏洞多等弊端。

但是，随着物联网、大数据、人工智能等技术的应用，煤矿安全预警技术得到了较大的提升。

2.3 煤矿安全监测与预警系统的应用煤矿安全监测与预警系统的应用，一方面是对前文提到的技术手段的集成；另一方面，则是对生产、管理等方面的全面优化。

在对技术手段进行整合的同时，系统开发人员还应对生产、管理等方面进行细致、深入的研究，根据不同煤矿的实际情况，建立灵活、全面的煤矿安全监测与预警系统。

煤矿安全监测预警系统的研究与开发

煤矿安全监测预警系统的研究与开发

4.结论
煤矿安全监测预警系统的研究与开发在当前形势下具有重要意义。通过互联网、物联网和人工智能等先进技术的应用，可以建立更加高效、准确的煤矿安全监测预警系统。这将有助于提高煤矿安全管理的水平，预防煤矿事故的发生，保障人员的生命安全。煤矿安全监测预警系统的研究与开发还有很长的路要走，但是这是一个迈出的重要步骤。我们有信心和能力不断完善和发展这一系统，为煤矿安全事业做出更大的贡献。
煤矿安全监测预警系统的研究与开发
煤矿安全一直是一个关注焦点，但近年来，由于煤矿事故的频繁发生，特别是一些严重的人员伤亡事故，煤矿安全问题愈加凸显。为了及时掌握煤矿的安全状况，预警系统成为了必不可少的工具。本文将探讨煤矿安全监测预警系统的研究与开发。
1.现状分析
在过去，由于技术限制，煤矿安全监测主要依靠人力巡查和简单的仪器设备。但是，这种方式存在着许多问题，如受限于人力巡查的主观性、盲区和时间延迟等。因此，迫切需要一种更为高效、准确的煤矿安全监测预警系统。
未来，煤矿安全监测预警系统的研究与开发还可以朝着以下方面发展：
3.1数据挖掘与机器学习
通过对大量煤矿安全数据的挖掘和机器学习，可以建立更加准确的安全预警模型。这样，可以更好地预测潜在的煤矿事故，并提出相应的防范措施。
3.2虚拟现实技术
通过虚拟现实技术，可以在模拟环境中进行煤矿安全培训和演练，提高人员的安全意识和能力。同时，还可以在现实监测数据的基础上，进行虚拟现实的可视化展示，直观地反映煤矿的安全状况。
2.煤矿安全监测预警系统的核心功能
煤矿安全监测预警系统的研究与开发应该具备以下几个核心功能：
2.1传感器监测功能
传感器是煤矿安全监测预警系统的核心组成部分。传感器可以监测煤矿内的各种物理量，如温度、湿度、氧气浓度、甲烷浓度等。通过传感器的数据采集和分析，可以对煤矿的安全状况进行实时监测。
矿山安全生产预警系统研究

矿山安全生产预警系统研究

矿山安全生产预警系统研究近年来，矿难频繁发生，一再给人们敲响了警钟。

由于煤矿生产环境的特殊性，矿山安全问题一直备受关注。

为了提高矿山的安全系数，矿山安全预警系统逐渐被引入到了矿山生产中。

一、矿山安全生产预警系统的意义矿山安全生产预警系统是矿山安全保障的关键所在。

矿山安全生产预警系统的引入不仅可以有效提高煤矿的安全性能，而且可以增加煤矿的生产效率。

在矿山生产过程中，由于矿山的生产环境以及操作环节的不同，很容易产生各种安全隐患。

因此，在建造矿山安全生产预警系统的过程中，针对煤矿不同的生产行为进行预警，早期发现并解决矿山内的隐患，提高安全的预警效率。

此外，矿山安全生产预警系统的引入，可以更加明确煤矿工人的工作职责以及负责人的责任所在。

在预警系统发生之前，我们就有行动并采取措施以防止事故的发生，这样不仅可以有效保障煤矿工人的生命安全，同时也可以降低煤矿所带来的负面影响，提高国家的地方经济水平。

二、矿山安全生产预警系统的要素矿山安全生产预警系统主要包含三个方面的要素：1、矿山监控系统矿山监控系统作为矿山安全预警系统的重要组成部分，主要是对矿山的生产环境以及矿工的工作进行实时监控，进行安全的预警。

2、数据采集数据采集是矿山安全预警系统必备的前提。

矿山中存在着多个要素，如煤尘、气体、温度等等，只有将这些数据进行采集，进一步提取并分析，方可进行预警。

在数据采集的过程中，可以根据煤矿的特点，采用不同的方式进行。

如可利用传感器、实验研究、人工手动采集等方式。

3、智能分析智能分析主要是将采集的数据进行预处理、分析，进一步利用机器学习算法对数据进行分析，预测煤矿的隐患及生产状况。

通过智能分析，可以根据煤矿历史数据，预测煤矿将要出现的趋势，判定煤矿的当前状况以及对即将出现的隐患进行预测。

三、矿山安全生产预警系统实施过程实施矿山安全生产预警系统必须要制定相应的规范、制度和标准，处理好预警评估、区分预警等级、事故应急处置等方面的问题。

煤矿安全监测与预警系统设计与应用

煤矿安全监测与预警系统设计与应用

煤矿安全监测与预警系统设计与应用煤矿安全是我国矿业行业发展中面临的重要问题之一。

为了保障煤矿工人的生命安全和煤矿设施的顺利运行，煤矿安全监测与预警系统设计与应用成为一项重要任务。

本文将从系统设计、功能要求和应用案例三个方面，介绍煤矿安全监测与预警系统。

1. 系统设计煤矿安全监测与预警系统是基于现代信息技术与传感器技术的综合应用系统。

系统主要由传感器、数据采集与传输系统、数据处理与分析系统、预警与监控系统等组成。

首先，传感器是系统的重要组成部分，用于获取矿井中的各种物理量数据。

例如，温度传感器可以检测矿井内部温度的变化，气体传感器可用于监测瓦斯等气体浓度，震动传感器可以检测地震、爆炸等振动情况。

其次，数据采集与传输系统负责将传感器采集到的数据通过无线或有线传输方式传送到数据处理与分析系统。

这一环节要保证数据传输的稳定性和实时性。

数据处理与分析系统是系统的核心部分，负责对传感器数据进行分析与处理，生成实时的监测结果。

该系统需要具备高效的数据处理能力和复杂算法的支持，以便能够对煤矿内部的各种安全隐患进行准确的预测和预警。

最后，预警与监控系统负责向相关人员发送预警信息，并监控矿井内的安全状况。

预警信息可以通过声音、光线、短信等方式传递给矿工，确保他们能够及时采取相应的行动。

2. 功能要求煤矿安全监测与预警系统需要具备以下功能要求：a) 实时监测与预警：系统需要能够实时监测矿井中的各种物理量数据，并及时生成预警信息，以便矿工能够及时采取紧急措施。

b) 多种预警方式：系统需要支持多种预警方式，如声音、光线、短信等，以方便不同工作场景下的预警信息传递。

c) 数据分析与挖掘：系统需要具备数据分析与挖掘的功能，能够根据历史数据和实时数据，分析煤矿内部的安全隐患，并对其进行预测。

d) 系统可靠性与稳定性：由于煤矿环境的特殊性，煤矿安全监测与预警系统需要具备较高的系统可靠性和稳定性，以确保长时间的稳定运行。

e) 数据存储与共享：系统需要支持大数据的存储与共享，以便后续的数据分析和系统性能优化。