一种煤与瓦斯突出参数智能测定系统及方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，具体是一种煤与瓦斯突出参数智能测定系统及方法。

背景技术

煤矿智能化是保障煤炭工业持续高质量发展的重要技术支撑，自2019年以来，国家及地方政府陆续发布了关于加快煤矿智能化建设指导意见的实施办法，可以看出，煤矿智能化势在必行。煤层瓦斯突出参数测试作为防突过程的重要环节，其准确、快速、智能测试是实现突出矿井安全高效、智能化运行的重要保障。传统的瓦斯突出参数测定装置(MD-2型、WTC型)是通过技术人员在井下人工读数，地面纸质表单填写及审批存档，各仪器间连接复杂，容易漏气。

近年来研发的新型瓦斯突出参数测定装置(WTC-Ⅰ型)基本实现了井下自动化测试和全流程信息化管理，但仍然存在如下问题：WTC-Ⅰ型装置(CN108182642B、CN202011175218.2)主要由瓦斯解吸测定传输装置、瓦斯压力解吸仓、数据采集计算仪组成，数量较多，携带不便，需要同时操作两台仪器才能完成参数的测定工作，并且地面配备的瓦斯突出参数采集管理平台只有在生成防突信息报告单后才能录入其他防突概要信息，无法实现数据的同步更新；其次，该装置数据采集计算仪通过蓝牙一次仅能连接一台测试终端设备，无法实现同一钻孔不同深度煤样或不同钻孔煤样的并行测试，并且只能测量K1或Δh2单个指标，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤与瓦斯突出参数智能测定系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤与瓦斯突出参数智能测定系统，包括瓦斯突出参数测试模块主机、瓦斯突出参数信息采集移动终端和瓦斯突出参数信息管理系统；

所述瓦斯突出参数测试模块主机包括罐体、煤样杯和罐盖，所述煤样杯可拆卸设置在罐体内部，所述罐体与罐盖螺纹连接，罐盖内嵌设有电性连接的压力传感器、电池、集成电路板，在罐盖顶部设有与集成电路板电性连接的电子屏幕和顶部面板，在罐盖内底部还设有金属滤网，在顶部面板上设有排气阀和设备充电口，排气阀与集成电路板电性连接，设备充电口与电池电性连接，在顶部面板上还设有与集成电路板电性连接的主机开关；

所述瓦斯突出参数信息采集移动终端为防爆智能手机，瓦斯突出参数信息采集移动终端安装有包括突出参数测试模块、草稿箱模块和同步模块的瓦斯突出预测APP，所述瓦斯突出参数测试模块主机通过蓝牙与瓦斯突出参数信息采集移动终端通信连接，一台瓦斯突出参数信息采集移动终端可同时连接并控制多台瓦斯突出参数测试模块主机；

所述瓦斯突出参数信息管理系统包括瓦斯突出参数上传Web服务程序模块、瓦斯突出参数测定数据库模块、瓦斯突出参数管理Web服务程序模块、工作面防突预测报表在线审批Web服务程序模块；其中，瓦斯突出参数信息管理系统中的瓦斯突出参数管理Web服务程序模块采用PSO-BSMOTE-SVM耦合模型，通过机器学习进行煤与瓦斯突出危险性预测。

所述PSO-BSMOTE-SVM耦合模型是指基于粒子群算法-重采样算法-支持向量机的耦合算法模型，该模型表达式如下：

式中，

煤与瓦斯突出参数智能测定方法，采用上述系统，步骤包括：

S1：启动登录，首先打开测试主机开关1和手机移动终端APP，进入瓦斯突出参数信息采集系统主界面，选择突出参数测试模块，进入突出参数测试模块界面，选择需要开展测试的采掘工作面，进入工作面基础信息界面，依次录入预测班次、煤层信息；

S2：调试对接，点击下一步进入钻孔基础信息界面，首个钻孔默认为一号孔，依次录入孔深、钻屑量S值信息，然后选择一台空闲测试主机，通过手机蓝牙将录入的上述基础信息传输给测试主机，随后设备进入待接煤状态；

S3：数据初次采集，采用筛子在钻孔孔口接煤粉，同时长按测试主机上的排气阀三秒，进入接煤中状态，将筛分合格的煤粉装满煤样杯，然后将煤样杯放进罐体内，拧紧罐盖，然后长按设备排气阀五秒，进入正在测试状态，测试时间五分钟，测试结束后，结果显示在测试主机显示屏上，同时设备将测量结果回传给手机移动终端；

S4：数据全面采集，当上一步骤测定的一号孔其他深度的瓦斯突出参数时，点击增加孔深，随后转入步骤S2，待同一钻孔所有深度的瓦斯突出参数均完成测试后，点击结束测量，则完成一个钻孔的测试过程。

S5：数据归类，当测定其他钻孔的瓦斯突出参数时，点击钻孔基础信息界面一号孔右侧+，则可添加新的钻孔开展测试，当全部钻孔测量完成后，点击生成报表，进入当前测试工作面的瓦斯突出参数报表界面，填写预测结论，检查无误后，点击提交，完成当前测试工作面的瓦斯突出参数测试模块工作。

S6：数据上传，井下测试地点无环网时，提交的测试信息暂存在草稿箱模块中，当进入环网区域时，点击手机终端APP主界面的草稿箱模块，进入草稿箱模块界面，选中已经完成突出参数测试模块的工作面，然后点击提交，即可上传至地面Web端的瓦斯突出参数信息管理系统。

S7：数据分析，通过瓦斯突出参数信息管理系统调用测试工作面安全监测监控系统中的瓦斯浓度数据，结合突出参数单向指标K1和Δh2的样本数据，基于PSO-BSMOTE-SVM耦合模型，通过机器学习进行煤与瓦斯突出危险性预测。

S8：审批存档，在Web端管理系统中可查看、导出瓦斯突出参数表单，进行线上审批或存档。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出了一种煤与瓦斯突出参数智能测定系统及方法将所有检测与计算模块集成于采样罐体内的“一体式”瓦斯突出参数智能测定装置，该装置实现了“1拖N”多组煤样并行检测，K1和Δh2双指标同时精准测定，与地面瓦斯突出参数信息管理系统一键同步，实现了井上下实时互联的智能测定模式。

附图说明

图1为本发明提供的瓦斯突出参数测定方法流程图。

图2为本发明提供的瓦斯突出参数测试模块主机结构示意图。

图中1-主机开关，2-煤样杯，3-罐体，4-罐盖，5-排气阀，6-主机显示屏，7-设备充电口；

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明：

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明实施例中，一种煤与瓦斯突出参数智能测定系统，包括瓦斯突出参数测试模块主机、瓦斯突出参数信息采集移动终端和瓦斯突出参数信息管理系统；

参阅图2，所述瓦斯突出参数测试模块主机包括罐体3、煤样杯2和罐盖4，所述煤样杯2可拆卸设置在罐体3内部，所述罐体3与罐盖4螺纹连接，罐盖4内嵌设有电性连接的压力传感器、电池、集成电路板，在罐盖4顶部设有与集成电路板电性连接的电子屏幕和顶部面板，在罐盖4内底部还设有金属滤网，在顶部面板上设有排气阀5和设备充电口7，排气阀5与集成电路板电性连接，设备充电口7与电池电性连接，在顶部面板上还设有与集成电路板电性连接的主机开关1；

所述瓦斯突出参数信息采集移动终端为防爆智能手机，瓦斯突出参数信息采集移动终端安装有包括突出参数测试模块、草稿箱模块和同步模块的瓦斯突出预测APP，所述瓦斯突出参数测试模块主机通过蓝牙与瓦斯突出参数信息采集移动终端通信连接，一台瓦斯突出参数信息采集移动终端可同时连接并控制多台瓦斯突出参数测试模块主机；

所述瓦斯突出参数信息管理系统包括瓦斯突出参数上传Web服务程序模块、瓦斯突出参数测定数据库模块、瓦斯突出参数管理Web服务程序模块、工作面防突预测报表在线审批Web服务程序模块；其中，瓦斯突出参数信息管理系统中的瓦斯突出参数管理Web服务程序模块采用PSO-BSMOTE-SVM耦合模型，通过机器学习进行煤与瓦斯突出危险性预测；

如图1，采用上述智能测定系统的测定方法，包括步骤：

S1：启动登录，首先打开测试主机开关1和手机移动终端APP，进入瓦斯突出参数信息采集系统主界面，选择突出参数测试模块，进入突出参数测试模块界面，选择需要开展测试的采掘工作面(采掘工作面信息提前在地面瓦斯突出参数信息管理系统录入并与手机端同步)，进入工作面基础信息界面，依次录入预测班次、煤层信息；

S2：调试对接，点击下一步进入钻孔基础信息界面，首个钻孔默认为一号孔，依次录入孔深、钻屑量S值信息，然后选择一台空闲测试主机，通过手机蓝牙将录入的上述基础信息传输给测试主机，随后设备进入待接煤状态；

S3：数据初次采集，采用筛子在钻孔孔口接煤粉，同时长按测试主机上的排气阀5三秒，进入接煤中状态，将筛分合格的煤粉装满煤样杯2，然后将煤样杯2放进罐体3内，拧紧罐盖4，然后长按设备排气阀5五秒，进入正在测试状态，测试时间五分钟，测试结束后，结果显示在测试主机显示屏6上，同时设备将测量结果回传给手机移动终端；

S4：数据全面采集，当上一步骤测定的一号孔其他深度的瓦斯突出参数时，点击增加孔深，随后转入步骤S2，待同一钻孔所有深度的瓦斯突出参数均完成测试后，点击结束测量，则完成一个钻孔的测试过程。

S5：数据归类，当测定其他钻孔的瓦斯突出参数时，点击钻孔基础信息界面一号孔右侧+，则可添加新的钻孔开展测试，当全部钻孔测量完成后，点击生成报表，进入当前测试工作面的瓦斯突出参数报表界面，填写预测结论，检查无误后，点击提交，完成当前测试工作面的瓦斯突出参数测试模块工作。

S6：数据上传，井下测试地点无环网时，提交的测试信息暂存在草稿箱模块中，当进入环网区域时，点击手机终端APP主界面的草稿箱模块，进入草稿箱模块界面，选中已经完成突出参数测试模块的工作面，然后点击提交，即可上传至地面Web端的瓦斯突出参数信息管理系统。

S7：数据分析，通过瓦斯突出参数信息管理系统调用测试工作面安全监测监控系统中的瓦斯浓度数据，结合突出参数单向指标K1和Δh2的样本数据，基于PSO-BSMOTE-SVM耦合模型，通过机器学习进行煤与瓦斯突出危险性预测。

S8：审批存档，在Web端管理系统中可查看、导出瓦斯突出参数表单，进行线上审批或存档。

具体的，所述PSO-BSMOTE-SVM耦合模型是指基于粒子群算法-重采样算法-支持向量机的耦合算法模型，该模型表达式如下：

式中，