李貴保

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

引言

目前，各個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)測預(yù)警體系，對預(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率高、監(jiān)測精度差、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)測預(yù)警體系，該多類型傳感器監(jiān)測系統(tǒng)將多類型傳感器設(shè)備進行相互配合，利用多證據(jù)匹配理論，對各個傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合判斷，最終確定井下精確的瓦斯?jié)舛?，該新型的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)點在于能夠顯著地減少單個傳感器誤報警事故的發(fā)生并有效地提升瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測預(yù)警靈敏性。

1 預(yù)警體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤礦井下實際情況及對瓦斯監(jiān)測預(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)測預(yù)警體系實際上是一個雙級體系的數(shù)據(jù)融合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，處于煤礦井下各個監(jiān)測點位上的瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、溫度傳感器、一氧化碳濃度傳感器、風(fēng)速傳感器等將實際監(jiān)測到的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理中心，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進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)測信息決策層進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)評估結(jié)論，根據(jù)評估結(jié)果確定是否需求進行報警。該系統(tǒng)中的雙級體系數(shù)據(jù)融合[3]就是對不同監(jiān)測區(qū)域根據(jù)實際情況和要求劃分為不同的監(jiān)測組，在每一個監(jiān)測組內(nèi)均設(shè)置一個小組內(nèi)數(shù)據(jù)融合處理中心，對該監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測情況進行分析判斷，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)各個監(jiān)測小組的區(qū)域監(jiān)測結(jié)果進行綜合判斷，確定最終的井下環(huán)境狀態(tài)。該雙級監(jiān)測處理系統(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，能夠根據(jù)不同的區(qū)域情況，獲取該區(qū)域最佳的監(jiān)測狀態(tài)，從而實現(xiàn)對煤礦井下整個監(jiān)測環(huán)境的最優(yōu)評價。

圖1 多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測預(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)測預(yù)警體系均通過對監(jiān)測傳感器設(shè)定一個區(qū)域范圍的方式來進行超越報警[4]，但由于井下實際綜采環(huán)境比較復(fù)雜，單純依靠特定的范圍限定的方式來進行報警不僅極易產(chǎn)生誤差而且會頻繁發(fā)出誤報警，影響煤礦井下正常綜采作業(yè)，因此需要對瓦斯監(jiān)測預(yù)警體系中的預(yù)警方式進行優(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，首先對各類傳感器監(jiān)測到的煤礦井下的環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分類分析，先通過第一級的數(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)處理方式來對各個傳感器監(jiān)測信號和控制目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)函數(shù)進行匹配，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行監(jiān)控數(shù)據(jù)和結(jié)果的判斷，輸出最終的井下瓦斯態(tài)勢，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

為了驗證該多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測預(yù)警體系的實際應(yīng)用效果，本文搭建了監(jiān)測預(yù)警體系實驗驗證平臺，對傳統(tǒng)單一傳感器監(jiān)測下的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測精確性和誤報警情況進行對比測試，結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可知，在實驗時設(shè)定的報警濃度上限值為3%，在9 h 的監(jiān)測過程中，采用傳統(tǒng)的單傳感器監(jiān)測，瓦斯?jié)舛茸兓厔莺蛯嶋H瓦斯?jié)舛茸兓厔菀恢?，但其在對?yīng)時間點的濃度差值存在較大的偏差，在監(jiān)測過程中發(fā)生了7 次瓦斯超限誤報警。但采用新的多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測預(yù)警體系后，在監(jiān)測過程中的監(jiān)測結(jié)果和實際值的變化趨勢一致，結(jié)果也基本符合，整個過程中未發(fā)生誤報警情況，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)測精度和可靠性。

圖3 不同監(jiān)測結(jié)果對比曲線

4 結(jié)論

1）雙級監(jiān)測處理系統(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，能夠根據(jù)不同的區(qū)域情況，獲取該區(qū)域最佳的監(jiān)測狀態(tài)，從而實現(xiàn)對煤礦井下整個監(jiān)測環(huán)境的最優(yōu)評價。

2）多證據(jù)匹配理論可先通過第一級的數(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)處理方式來對各個傳感器監(jiān)測信號和控制目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)函數(shù)進行匹配，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。