《工矿自动化》“煤矿灾害智能感知新技术与实践”专题

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《工矿自动化》“煤矿灾害智能感知新技术与实践”专题

来源：工矿自动化

专题来自于《工矿自动化》2024年06期，共7篇研究成果。

行业视野: 安全
类别; 42个
关键词; 35位
专家; 7篇
论文; 648IP
点击量; 88次
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基于多源信息融合的矿山边坡滑坡灾害研究现状与展望

作者(Author)：李荟, 韩晓飞, 朱万成, 宋清蔚, 周文龙

摘要：为克服单一信息源无法精确表征矿山滑坡灾害演化特征的问题，基于多源信息融合技术，从矿山边坡多源信息获取、矿山边坡多源信息融合、矿山边坡位移预测及滑坡风险评价3个方面概述了矿山边坡滑坡灾害研究进展。总结了典型的“天”“空”“地”边坡监测手段及“天−空−地”一体化协同监测方法；梳理了包含数据级、特征级和决策级融合的边坡多源信息融合流程；整理了位移与应力、位移与水文气象及其他不同类型的监测数据融合形式；阐述了基于多源信息融合的边坡位移预测及滑坡风险评价相关研究现状。基于当前矿山边坡滑坡灾害研究存在的灾害分析的准确性严重依赖监测数据质量、对岩石力学机理知识利用不足等问题，指出了矿山边坡滑坡灾害研究发展趋势：统一多源数据采集接入标准；开发监测数据与岩石力学机理融合的矿山边坡滑坡灾害分析方法；优化“天−空−地”多源信息的时空关联挖掘算法；加强基于多源信息融合的矿山边坡滑坡灾害预警平台建设。

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工矿自动化

2024年第06期

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沿空留巷采空区自动化密闭系统

作者(Author)：聂百胜, 夏晓峰, 周皓文, 秦枫

摘要：现有的沿空留巷采空区密闭方法大多集中于构筑密闭墙及封堵墙体裂隙，施工周期较长且反复进行，消耗大量人力成本，自动化程度低，易发生二次破坏。针对上述问题，设计了一种沿空留巷采空区自动化密闭系统。该系统以柔性密闭气囊为载体，将未充气的气囊置于采空区密闭墙和单体液压支柱之间，对气囊充气使其与沿空留巷顶底板及采空区密闭墙外侧贴合接触；智能感知矿压显现导致的巷道围岩变形，气囊随时变化形状柔性应对，即当气囊内部压力上升并超过安全泄压阀额定压力时，自动释放气囊气体缩小体积，以重新与顶底板围岩紧密贴合，达到持续密闭采空区的效果，抑制采空区危险气体泄漏。现场试验结果表明：安全泄压阀在柔性密闭气囊内部压力达到约4 kPa时正常开启，压力达到2.7 kPa左右停止泄气；柔性密闭装备感知压力变化后收缩体积以重新适应围岩形态，可长时间并持续性地密闭采空区；柔性密闭装备安装后与采空区密闭墙贴合度高，密闭墙墙体前瓦斯体积分数降低0.13%，有效抑制了瓦斯溢出。

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工矿自动化

2024年第06期

65

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基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法

作者(Author)：张帆, 邵光耀, 李昱翰, 李玉雪

摘要：受深部开采冲击地压等地质灾害扰动的影响，存在矿井超前支护系统自感知能力差、智能抗冲自适应能力弱、缺乏决策控制能力等问题。针对上述问题，提出了一种基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法。通过多源传感器感知巷道环境和超前液压支架支护状态，在虚拟世界中创建物理实体的数字孪生模型，其中物理模型精确展现超前液压支架的结构特征和细节，控制模型实现超前液压支架的自适应控制，机理模型实现对超前液压支架自适应支护的逻辑描述和机理解释，数据模型存储超前液压支架实体运行数据和孪生数据，仿真模型完成超前液压支架立柱仿真以实现超前液压支架与数字孪生模型虚实交互。根据基于深度Q网络（DQN）的超前液压支架自适应抗冲决策算法，对仿真环境中巷道抗冲支护进行智能决策，并依据决策结果对物理实体和数字孪生模型下达调控指令，实现超前液压支架智能控制。实验结果表明：立柱位移与压力变化一致，说明超前液压支架立柱仿真模型设计合理，从而验证了数字孪生模型的准确性；基于DQN的矿井超前液压支架自适应抗冲决策算法可通过调节液压支架控制器PID参数，自适应调控立柱压力，提升巷道安全等级，实现超前液压支架自适应抗冲支护。

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工矿自动化

2024年第06期

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基于LSTM−Informer模型的液压支架压力时空多步长预测

作者(Author)：余琼芳, 杨鹏飞, 唐高峰

摘要：目前多步液压支架压力预测大多为单步液压支架压力的累计预测，单步累计次数越多，累计误差就越大，影响预测精度。针对该问题，提出了一种基于长短时记忆（LSTM）−Informer模型的液压支架压力时空多步长预测方法。采用卡尔曼滤波消除液压支架压力数据中的振动噪声后，在工作面端部和中部各选取相邻的5台液压支架压力数据建立2个时空数据集（数据集1和数据集2），并对时空数据进行标准化预处理。将时空数据输入LSTM模型提取时空特征，并将提取的时空特征输入Informer模型的编码器，经过位置编码后利用多头概率稀疏自注意力来关注压力序列的变化特征，经过最大池化和一维卷积消除最终输出特征图的冗余组合。利用多头概率稀疏自注意力来关注压力序列的变化特征，将Informer模型的解码器改为全连接层，得到液压支架压力的预测结果。实验结果表明：与基于门控循环单元（GRU）、LSTM和Informer模型的预测方法相比，基于LSTM−Informer模型的预测方法在预测6，12，24步长液压支架压力时的均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）均最小；其中基于数据集1预测的6步长液压支架压力的RMSE分别降低了41.63%，49.74%，11.85%，MAE分别降低了41.75%，50.00%，12.00%；基于数据集2预测的6步长液压支架压力的RMSE分别降低了48.15%，59.86%，19.88%，MAE分别降低了49.87%，54.90%，13.16%。

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工矿自动化

2024年第06期

66

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全光纤微震监测技术在底板突水监测中的应用研究

作者(Author)：黄刚, 韩云春, 余国锋, 罗勇, 任波, 叶赞, 王立超, 赵靖, 徐一帆

摘要：目前国内的光纤微震监测系统多是基于光学光栅传感技术，而光纤光栅波长解调限制了系统检测频率与灵敏度，且长时间、连续不间断的微震监测成功案例较少。针对上述问题，提出了一种新型全光纤微震监测系统。以潘二煤矿11023工作面回采过程中底板突水监测为工程背景，使用全光纤微震监测系统与ESG微震监测系统进行对比，得出全光纤微震监测系统具有以下优势：记录的波形频谱特征更清晰，表现出高信噪比优势；对扰动深度的监测范围更大，远距离监测效果更好；震源定位结果分布更加合理，更符合工作面实际开采情况。在监测工作面回采全周期内，分析了11023工作面断层异常区底板破坏与微震活动性关系：在断层和煤层变薄异常区附近，微震事件的数量增多、强度增大；工作面初采期间应力集中释放，受采动影响，底板破坏较深；相对大能量事件主要分布在断层异常区的底板，底板破坏深度约为27 m，微震事件在3煤底板60 m以下没有成线或成面聚集的情况，说明裂隙并未扩展，未形成导水通道，工作面安全回采。

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工矿自动化

2024年第06期

85

13
煤矿岩巷TBM掘进随掘地震信号特征及其应用

作者(Author)：党保全, 郭立全, 张延喜, 任永乐, 李圣林

摘要：随掘地震超前探测技术可实现探掘平行，为巷道快速智能掘进场景下实时、精准地质保障提供了可能。随掘震源产生的是复杂、变频、连续信号，信号特征认知直接影响数据处理与成像精度，而目前针对岩巷全断面掘进机（TBM）随掘地震信号特征的认知仍不清晰，且暂时还没有针对性开展过信号处理与成像研究工作。针对上述问题，以谢桥煤矿瓦斯治理巷TBM随掘地震超前探测试验为例，分析了刀盘先导信号与岩壁接收信号的时间域、频率域及时频域特征：岩巷TBM随掘地震信号中不同振幅能量成分比例呈现金字塔形，但分布随机，不对称程度较高；机械运转信号能量较大，刀盘先导信号强度是岩壁接收信号的200倍左右；频率域变频特征明显；机械运转信号基础频率较低，刀盘先导信号频率成分主要集中在10～80 Hz与150～200 Hz，主频为36.99 Hz，岩壁接收信号频率成分主要集中在50～200 Hz，主频为137.97 Hz；刀盘先导信号较岩壁接收信号时频域能量团分布更为规则，多次震源激发现象明显，能量团之间的差异性特征表明了多次震源激发时振幅能量与持续时间的随机性。利用脉冲化算法与绕射叠加偏移成像方法对岩巷TBM随掘地震信号进行数据处理与成像试验，结果表明：① 脉冲化等效单炮记录与利用常规震源得到的超前探测单炮记录特征一致性较强，同相轴清晰且连续性较好，可满足现场探测分析需要。② 对探测范围内岩体情况的超前预报结果与实际揭露情况一致，说明岩巷TBM随掘地震超前探测可提供有效地质保障。

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工矿自动化

2024年第06期

104

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一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法

作者(Author)：罗香玉, 杜浩, 华颖, 解盘石, 吕文玉

摘要：目前煤矿顶板灾害防治措施决策及事故原因分析等过程主要依赖人工经验，智能化水平较低。顶板灾害防治知识图谱可整合顶板灾害防治知识和经验，辅助顶板灾害事故原因分析和顶板灾害防治措施决策。提出了一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法。采用本体方法完成煤矿顶板灾害防治知识建模，将顶板灾害防治领域的概念分为矿井地质类、开采技术类、防治措施类和事故表征类，将概念之间的关系定义为使用、引发、易发、治理、预防和适用，为煤矿顶板灾害防治知识抽取（实体抽取和关系抽取）奠定基础；结合煤矿顶板灾害防治领域文本存在大量嵌套实体和关系之间存在实体重叠的特点，确定了基于跨度的实体抽取方法和基于依存句法树引导实体表示的关系抽取方法；构建了顶板灾害防治领域语料库，采用Neo4j图数据库存储数据，为顶板灾害防治知识图谱的应用提供数据来源支撑；展示了煤矿顶板灾害防治知识图谱局部构建结果，说明该知识图谱可辅助顶板灾害事故原因分析和防治措施决策，从而提高顶板管理的智能化水平；指出基于该知识图谱，结合自然语言处理和知识推理等技术，可实现顶板管理知识问答。

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工矿自动化

2024年第06期

112

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