[发明专利]基于时间序列游程检验的瓦斯灾害预警方法

说明书

本发明提供一种基于时间序列游程检验的瓦斯异常涌出预警方法，包括：计算t时刻的掘进工作面瓦斯浓度时间序列的均值；生成符号序列；进行游程检验；若瓦斯浓度时间序列是平稳的，则处于正常状态，取t＝s+1瓦斯浓度时间序列进行游程检验；若t＝s+1时刻瓦斯浓度时间序列是平稳的，取t＝s+2的瓦斯浓度时间序列进行游程检验；直到某一时刻是非平稳的；若瓦斯浓度时间序列是非平稳的，则t＝s时刻可能处于异常状态，取t＝s+1的瓦斯浓度时间序列进行游程检验；若t＝s+1仍是非平稳的，则处于异常状态；进行瓦斯异常涌出预警判断。本发明提取瓦斯浓度时间序列的变化特征，对工作面瓦斯异常涌出进行实时动态预警，使得瓦斯灾害预警从事后向事前转移，有利于瓦斯事故预防和控制。

技术领域

本发明涉及煤矿掘进工作面瓦斯灾害的预警技术领域，特别涉及一种基于时间序列游程检验的瓦斯灾害预警方法。

背景技术

长期以来瓦斯灾害严重威胁着矿工的生命安全，常给国家和社会带来巨大的经济损失。随着科研工作者的努力，各种瓦斯灾害预测预报新理论、新技术得到研发与应用，矿山瓦斯灾害事故也得到了明显改善。然而，目前在我国煤矿普遍使用的诸多瓦斯灾害预测预报方法，由于均使用井下专用仪器静态测量相关参数，计算相应指标，按照防突细则规定进行预测，需要一定的工程量和2～3小时的预测作业时间。将小波理论、混沌动力学、分形理论、突变理论和人工神经网络理论、支持向量机理论、灰色系统理论、遗传算法等引入瓦斯灾害预测的现代方法，仍以传统预测方法所得静态样本为研究对象，但距离在线实用相差甚远，短期内无法取得突破性进展。

在正常情况下可将各班次的掘进工作面的供风量视为常数的假定下，基于时间序列分析理论与方法，以矿井日常瓦斯监测数据为研究对象，通过分析某个时段监测点瓦斯浓度数据关联特征来提取有效信息，用来表达各影响因素共同作用下瓦斯浓度的变化特征，以此作为瓦斯灾害预警分析的依据，对于现场安全管理具有重要的指导意义。

发明内容

针对现有技术以静态样本作为研究对象并且需要较大工作量的不足，本发明提出了基于时间序列游程检验的瓦斯灾害预警方法，可广泛应用于煤矿瓦斯灾害的预测预警中。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

基于时间序列游程检验的瓦斯异常涌出预警方法，包括：

计算t时刻的掘进工作面瓦斯浓度时间序列的均值；

生成符号序列：在保持瓦斯浓度时间序列原有顺序的情况下，将其中的不小于该均值的瓦斯浓度值、小于该均值的瓦斯浓度值用不同符号标记，得到一个符号序列；在符号序列中每一段连续相同的符号子序列称为一个游程；

基于符号序列对瓦斯浓度时间序列进行游程检验；

若游程检验后瓦斯浓度时间序列是平稳的，则当前t＝s时刻掘进工作面瓦斯涌出处于正常状态，取下一时刻t＝s+1的瓦斯浓度时间序列，生成符号序列并基于符号序列对瓦斯浓度时间序列进行游程检验；若游程检验后t＝s+1时刻瓦斯浓度时间序列是平稳的，取下一时刻t＝s+2的瓦斯浓度时间序列，生成符号序列并基于符号序列对瓦斯浓度时间序列进行游程检验；依此类推，直到某一时刻游程检验后瓦斯浓度时间序列是非平稳的；

若游程检验后瓦斯浓度时间序列是非平稳的，则判断当前t＝s时刻掘进工作面瓦斯涌出可能处于异常状态，取下一时刻t＝s+1的瓦斯浓度时间序列，生成符号序列并基于符号序列对瓦斯浓度时间序列进行游程检验；若游程检验后时刻t＝s+1的瓦斯浓度时间序列仍是非平稳的，则当前时刻掘进工作面瓦斯涌出处于异常状态；并对掘进工作面瓦斯涌出所处的异常状态进行瓦斯异常涌出预警判断：