基于多传感器及多元监测数据的瓦斯预警理论与方法研究

针对煤矿井下瓦斯传感器设置及预警中存在的问题，选择我国典型矿井作为重点剖析、研究对象，以凸现研究对象时空特性及空间分析、空间数据挖掘与知识发现为特点，运用多学科知识，从时间、空间角度揭示、提炼瓦斯渐变到突变的机理、条件、表现形式、影响因素，探讨表征模型；提出充分考虑开采地质条件、井下通风及监测系统特点，满足突变征兆发现、预警要求且经济可行的瓦斯传感器（监测点）设置位置、点间距、空间分布、密度及监测点最佳布局的确定方法；得出根据单个监测点单一监测数据进行瓦斯预警的可靠性与风险评价方法及评价结果，分析考虑时空关系、利用多传感器及多元监测数据进行瓦斯预警、发现突变征兆的可行性、必要性，提出相关特征量提取与数据融合、瓦斯预警的理论及方法，讨论不确定性的评价和控制问题。本项目成果既可用来挖掘规律、排查隐患，改进瓦斯预警预报方法，又可为相关研究提供新的理论及方法支持，具有重要的理论及实用价值。

选择多个矿井作为剖析对象，以凸现研究对象时空特性及空间分析、空间数据挖掘与知识发现为特点，运用多学科知识，围绕项目设计目标及应用需求，对基于多传感器及多元监测数据的瓦斯预警理论与方法进行了研究，取得的创新性成果包括：. （1）提出了瓦斯监测多传感器信息融合体系结构、数据挖掘和知识发现方法；提出了瓦斯突出的模糊Petri网空间模型及基于工作流网的瓦斯突出空间数据挖掘方法，解决了瓦斯突出不同空间状态建模的动态关联和推理等可实现性问题，建立了基于WF的瓦斯突出预测模型系统，实现了基本Petri网和模糊空间Petri网的建模和组件开发。. （2）提出了基于地震正演模拟、地震属性技术和支持向量机预测煤与瓦斯突出危险区的研究方法，构建了三个瓦斯突出危险区预测模型，用实例证明了该预测模型的实用性、时效性和可操作性。. （3）提出了基于时间序列相似性度量的瓦斯超限报警信号辨识方法，实验表明，准确率达92%以上；提出了基于时空相关分析的煤矿采掘工作面瓦斯监测数据异常自动识别技术，弥补了基于单一传感器瓦斯监测数据异常识别方法存在的缺陷，将恒偏差故障的识别率由原来的66.7%提高到83.3%。. （4）提出了用于表达空间拓扑信息的井下瓦斯传感器层次编码方法，为监测系统迅速定位井下瓦斯异常区域、查询相邻空间瓦斯传感数据，提高时空相关性分析算法的效率创造了条件。. （5）提出了兼顾监测覆盖范围和瓦斯安全关注点的瓦斯传感器布置方式，借助图论和集合覆盖理论建立了监测点优化选址模型，运用蚁群算法对模型进行优化求解，在一定程度上弥补了现行规程规范较少顾及瓦斯监测点点间距、点密度和空间分布而导致的预报预警风险缺陷。. （6）提出了兼顾经济性和可靠性双目标的瓦斯传感器优化选址模型，建立了多目标优化选址模型，为规避依据现行规程规范的瓦斯传感器未考虑其失效可能提出了一种新思路。. 在本项目支持下出版了1本教材，发表了标注论文13篇，其中Ei检索9篇，中文核心刊物7篇，英文国际期刊2篇，国际会议论文集4篇（另有5篇核心刊物论文未标注）；申报国家发明专利1项；相关成果获国家科技进步二等奖1次，省部级科技进步一等奖1次，二等奖2次。培养出了3 名博士生（毕业），另有2 名博士生己完成博士论文初稿，拟于2013年5月答辩，1名博士后即将出站，完成了预定研究目标。