[发明专利]一种矿井突水后水位预警算法

摘要

本发明涉及一种矿井突水后水位预警算法，属于煤矿安全领域。矿井突水事故突发性强，来势凶猛，对突水强度、水灾的侵害范围往往不能做出正确判断，延误了救灾时间。为解决矿井突水后水位预警问题，本发明给出了根据矿井巷道连通图布置水位传感器的标准与方法；根据水位传感器获取的水位信息，通过重构矿井巷道连通图、计算节点容量、水位割集，得到井下任意地点突水后，各水位割集（由若干巷道组成）中水位的变化与突水量、巷道淹没范围的关系，进而确定矿井突水强度与矿井被淹范围。

主权项

1.一种矿井突水后水位预警算法，其特征在于，包括如下步骤： （1）根据矿井巷道连通图布置水位传感器根据矿井巷道连通图，以连通图的各局部最低标高节点为起点，作为水位传感器的初设地点，选取标准为该节点仅有单倾上斜的分支；水位传感器的信号输出端均发送至监控中心；节点分类：布设有水位传感器的矿井局部最低点的节点称为底节点；同时存在单倾下斜以及单倾上斜的巷道的节点称为腰节点；仅有单倾下斜的巷道的节点称为顶节点； （2）计算各节点的总容量：根据节点标高绘制侧视连通图，根据各节点的标高，过某一“底节点”作一水平面，对带标高矿井巷道连通图进行切割，将水平面下部的巷道去掉，保留水平面上的节点，同时去掉其上部最接近且有巷道相连的节点水平面上部的巷道，再去掉在两水平面之间不与该节点连通的巷道，计算剩余巷道的容水量，即为该“底节点”的总容量；过某一“顶节点”作一水平面，对带标高矿井巷道连通图进行切割，将水平面上部的巷道去掉，保留水平面上的节点，计算剩余巷道的容水量，即为该“顶节点”的总容量；过某一“腰节点”作一水平面，对带标高矿井巷道连通图进行切割，将水平面上部的巷道去掉，保留水平面上的节点，同时去掉不与该节点连通的巷道，计算剩余巷道的容水量，即为该“腰节点”的节点总容量；水位割集：矿井突水后由部分进水巷道组成的巷道集合；水位割集与节点相对应，每个节点的水位割集是计算该节点总容量时所用的巷道，然后去掉完全进水的巷道；矿井巷道连通图由三个巷道集组成：未进水巷道集、部分进水巷道集和被完全淹没巷道集；对于同一个矿井，发生突水的巷道不同，即使突水量一样，其水位割集亦不相同，各巷道的淹没次序和淹没时间亦不相同；节点见水容量：腰节点见水容量是指水位刚刚到达该“腰节点”的水位割集巷道时，该节点所在水平面以下的进水量；顶节点见水容量是指水位刚刚到达该“顶节点”的水位割集巷道时，该节点所在水平面以下的进水量；底节点不考虑节点见水容量；（3）突水淹没巷道范围预测：①实际突水预警中，当矿井某处巷道发生突水事故时，突水后水流经过的节点分别为“底节点”和“腰节点”的一种；若突水后水流经过的是“腰节点”，水流是经过该节点的单倾下斜巷道流向其他节点，直到遇到节点为“底节点”后水位开始上升，若突水后水流经过的“腰节点”的单倾下斜巷道全部已被完全淹没，则水位会继续上升；若突水后水流流入“底节点”，则首先淹没“底节点”上方巷道，形成一个水位割集；若突水后水流经过的是“顶节点”，水流会流向未被完全淹没的单向下斜巷道，直到与该“顶节点”相连的巷道被完全淹没；突水后水流可能会通过“腰节点”流向多个“底节点”； ②水位割集的应用：同一水位割集中，各巷道的水位变化是一致的，由于每条巷道分支倾角一定，同时巷道断面面积无变化，水位与水量间的变化关系是线性的；因此在同一水位割集中，可根据水位变化计算突水量与淹没巷道范围；③水位经过节点时水位与突水量的预测：根据连通图以及各个水位传感器的信息，结合水位的变化情况实时变更水位割集，利用同一水位割集中水位变化与突水量的线性关系，获得单位时间的突水量即突水强度；在“底节点”的水位割集巷道中，将节点总容量除以突水强度，获得实时的水位停留在该节点水位割集上的时间，经过该时间后水位进入下一个水位割集，并继续上涨；在“腰节点”和“顶节点”的水位割集巷道中，将该节点总容量减去其节点见水容量，获得实时的节点的“容水量”，将该节点“容水量”除以突水强度，获得实时的水位停留在该节点上的时间，经过该时间后水位进入下一个水位割集，并继续上涨；（4）矿井突水强度的确定方法：在同一水位割集中，根据水位割集中所含各巷道被水平面切割的面积，以及由位于该水位割集中的水位传感器所探测到的水位上升速度，获得实时的突水强度。