多类型传感器综合瓦斯监测预警体系的应用研究

2020-05-21李贵保

机械管理开发 2020年3期

李贵保

（山西潞安郭庄煤业有限责任公司，山西长治 046100）

引言

目前，各个煤矿均建立了以瓦斯传感器为核心的煤矿井下瓦斯浓度监测预警体系，对预防瓦斯突出事故起到了较大的作用，但随着综采作业深度的不断增加、综采作业环境的日趋复杂，现有预警体系采用单一的传感器设备所存在的瓦斯误报率高、监测精度差、可靠性不足的缺陷日益突出[1]。因此提出了一种新的多类型传感器综合瓦斯监测预警体系，该多类型传感器监测系统将多类型传感器设备进行相互配合，利用多证据匹配理论，对各个传感器监测数据进行综合判断，最终确定井下精确的瓦斯浓度，该新型的监测预警系统的优点在于能够显著地减少单个传感器误报警事故的发生并有效地提升瓦斯浓度监测预警灵敏性。

1 预警体系结构

根据煤矿井下实际情况及对瓦斯监测预警的需求，结合多证据匹配理论及数据融合处理概念，本文所提出的多类型传感器综合瓦斯监测预警体系整体结构如图1 所示[2]。

由图1 可知，该多类型传感器综合瓦斯监测预警体系实际上是一个双级体系的数据融合监测预警系统，处于煤矿井下各个监测点位上的瓦斯浓度传感器、温度传感器、一氧化碳浓度传感器、风速传感器等将实际监测到的信息传输到数据分析处理中心，对监测数据进行初步分析处理和融合，处理器将初步分析结论传输到监测信息决策层进行更深一步的分析处理，获取最终的煤矿井下综采作业环境状态评估结论，根据评估结果确定是否需求进行报警。该系统中的双级体系数据融合[3]就是对不同监测区域根据实际情况和要求划分为不同的监测组，在每一个监测组内均设置一个小组内数据融合处理中心，对该监测区域内的监测情况进行分析判断，然后将该区域的分析判断结果传输到更上一次的决策层，决策层根据各个监测小组的区域监测结果进行综合判断，确定最终的井下环境状态。该双级监测处理系统具有数据处理速度快、数据分析准确性高的优点，能够根据不同的区域情况，获取该区域最佳的监测状态，从而实现对煤矿井下整个监测环境的最优评价。

图1 多类型传感器综合瓦斯监测预警体系结构示意图

2 预警体系预警方式的优化

当前，多数煤矿的井下瓦斯监测预警体系均通过对监测传感器设定一个区域范围的方式来进行超越报警[4]，但由于井下实际综采环境比较复杂，单纯依靠特定的范围限定的方式来进行报警不仅极易产生误差而且会频繁发出误报警，影响煤矿井下正常综采作业，因此需要对瓦斯监测预警体系中的预警方式进行优化，提升其工作的稳定性和精确性。

多证据匹配理论又称D-S 证据理论[5]，该理论体系中，首先对各类传感器监测到的煤矿井下的环境状态数据进行分类分析，先通过第一级的数据融合后提升原始数据的判断精度，然后再利用柯西模糊集合的数据处理方式来对各个传感器监测信号和控制目标之间的数据函数进行匹配，获取不同类型数据的修正处理结果。最终通过模糊分析判断的方式进行监控数据和结果的判断，输出最终的井下瓦斯态势，该理论体系整体结构如图2 所示。

图2 多理论匹配体系结构示意图

3 预警体系的应用

为了验证该多类型传感器综合瓦斯监测预警体系的实际应用效果，本文搭建了监测预警体系实验验证平台，对传统单一传感器监测下的瓦斯浓度监测精确性和误报警情况进行对比测试，结果如图3 所示。

由图3 可知，在实验时设定的报警浓度上限值为3%，在9 h 的监测过程中，采用传统的单传感器监测，瓦斯浓度变化趋势和实际瓦斯浓度变化趋势一致，但其在对应时间点的浓度差值存在较大的偏差，在监测过程中发生了7 次瓦斯超限误报警。但采用新的多类型传感器综合瓦斯监测预警体系后，在监测过程中的监测结果和实际值的变化趋势一致，结果也基本符合，整个过程中未发生误报警情况，表现出了较高的稳定性和可靠性，极大地提升了煤矿井下瓦斯监测精度和可靠性。