煤矿智能化顶板矿压预警技术研究

煤矿智能化顶板矿压预警技术研究

郝文伟

国家能源集团开拓准备中心 陕西省榆林市719315

摘要：随着我国经济的快速发展，煤炭作为主要的能源供应日益紧张，煤矿安全生产问题引起了广泛关注。在煤矿生产过程中，顶板事故一直是威胁矿工生命安全的主要因素。据统计，我国煤矿顶板事故占到了煤矿事故总数的较大比例，因此，研究智能化顶板矿压预警技术对于提高煤矿安全生产具有重要意义。

关键词：煤矿；智能化顶板矿压预警技术

引言

随着我国煤矿工业的持续发展，矿井生产安全问题日益受到关注。其中，顶板事故一直是煤矿安全生产的主要隐患。为了提高煤矿顶板安全管理水平，减少事故发生，因此，将探讨智能化顶板矿压预警技术，以期为矿井顶板灾害防治提供有效手段。

1智能化顶板矿压预警技术原理

智能化顶板矿压预警技术是基于现代传感器技术、数据采集与处理技术、信息传输技术、云计算技术及人工智能技术等的一种矿压预警方法。其主要原理如下：（1）采集矿压数据：在矿井工作面安装高精度、高可靠的传感器，实时采集矿压、位移、温度等相关数据。（2）数据传输与处理：将采集到的数据通过有线或无线通信系统传输至地面监控中心，进行数据预处理、滤波、归一化等操作。（3）构建矿压预警模型：利用数据挖掘、机器学习等技术，结合历史矿压数据，构建矿压预警模型。（4）实时预警与分析：将处理后的实时数据输入预警模型，实现矿压预警。同时，对预警结果进行分析，为矿井顶板管理提供依据。（5）预警信息展示与响应：通过图形化界面、声音报警等方式，将预警信息实时展示给矿井管理人员。并根据预警等级，采取相应的应急措施。

2智能化顶板矿压预警技术的特点

（1）实时性：智能化顶板矿压预警技术能够实时监测煤矿工作面的矿压变化，及时获取矿压数据。通过高精度传感器和数据传输系统，将矿压信息实时传输至预警平台，为矿井安全生产提供实时数据支持。（2）准确性：该技术采用先进的算法和数据处理方法，对实时采集的矿压数据进行精确分析。通过多参数、多角度的矿压监测，以及数据挖掘和人工智能技术，提高了预警的准确性，使预警结果更加可靠。（3）智能化：智能化顶板矿压预警技术具有自学习、自适应能力。预警模型和临界值能够根据现场实际条件进行动态调整，提高预警的精确性。同时，预警模型能够不断优化和升级，以适应煤矿生产环境的变化。（4）预警分级：智能化顶板矿压预警技术根据矿压变化的不同程度，分为不同级别的预警。当矿压达到预警临界值时，预警系统会自动发出警报，并根据预警级别采取相应的防范措施，提高矿井安全管理水平。（5）系统化：智能化顶板矿压预警技术采用云、边、端架构设计，实现了一体化协同运行的预警平台。该平台集成了矿压监测、数据分析、预警发布、应急处理等功能，为矿井提供了全面、系统的安全保障。（6）易用性：智能化顶板矿压预警技术采用了人性化设计，操作简便、界面直观。矿压监测设备安装方便，便于维护和管理。同时，预警平台提供了丰富的矿压数据和分析结果，有助于矿井管理人员快速了解矿压状况，制定合理的安全生产措施。

3技术发展现状

近年来，智能化顶板矿压预警技术得到了长足的发展。从最初的基于单一监测数据的预警方法，逐渐发展为结合多种监测数据和信息处理技术的多参量预警方法。目前，智能化顶板矿压预警技术主要包括以下几个方面：（1）监测技术：随着传感器技术的发展，监测设备逐渐小型化、智能化，能够实时采集矿压、围岩变形、温度等多种数据。（2）数据处理与分析技术：通过数据挖掘、人工智能等技术对采集到的监测数据进行处理和分析，提取矿压变化特征，为预警提供依据。（3）预警模型：基于矿压变化特征，建立矿压预警模型，实现对矿压事故的预测和预警。

4智能化顶板矿压预警技术的应用

4.1实时监测与数据分析

智能化顶板矿压预警系统通过布置在矿井内的各类传感器，实时采集矿压、位移、温度等关键数据。通过对这些数据的分析，可以判断顶板矿压的变化趋势，为矿压预警提供依据。此外，利用数据挖掘和人工智能技术，可以对历史矿压数据进行深度分析，提取矿压变化的规律，从而为矿压预警提供更加准确的预测。

4.2预警模型构建与优化

根据矿压监测数据和矿压变化规律，可以构建矿压预警模型。通过不断调整和优化模型参数，提高预警模型的准确性和可靠性。此外，结合矿井实际情况，可以对预警模型进行动态调整，使其更好地适应生产环境。

4.3预警信息的传输与发布

智能化顶板矿压预警系统将预警信息实时传输至矿井各级管理人员和作业人员，以便及时采取防范措施。预警信息的发布可以通过多种方式实现，如短信、语音广播、矿井内部通讯等。同时，预警系统还可以与其他灾害预警系统进行信息共享，提高整体预警能力。

4.4智能调控与应急响应

智能化顶板矿压预警系统可以根据预警等级和矿压变化趋势，自动调整开采工艺、支护措施等，以降低矿压灾害的风险。在发生矿压事故时，预警系统可以迅速启动应急响应程序，指导矿井开展救援工作，降低事故损失。

5煤矿智能化顶板矿压预警技术研究的发展趋势

5.1发展方向

（1）智能化技术进步：随着人工智能、大数据、云计算等技术的不断发展，煤矿智能化顶板矿压预警技术也将迎来新的发展机遇。未来，研究人员将致力于提高预警系统的准确性、实时性和可靠性，通过引入新型传感器、监测设备和数据分析算法，实现矿压预警的实时、智能化的目标。（2）跨学科融合：煤矿智能化顶板矿压预警技术需要多学科的交叉与融合，如岩土工程、力学、计算机科学等。通过跨学科研究，可以更好地揭示矿压变化规律，提高预警技术的有效性。（3）云计算与大数据应用：借助云计算和大数据技术，可以实现矿压预警信息的快速传输、存储和分析。这将有助于提高预警系统的响应速度和预测精度，为煤矿企业提供更为可靠的安全生产保障。

5.2技术创新

（1）非接触式监测技术：未来煤矿智能化顶板矿压预警技术将朝着非接触式监测方向发展。通过采用激光测距仪、红外线传感器等设备，实现对矿压的远程、实时监测，减少人工巡检的工作量，提高监测效率。（2）智能诊断与预测算法：为了提高矿压预警的准确性，研究人员将不断探索更为智能的诊断与预测算法。例如，通过深度学习、支持向量机等机器学习方法，对矿压数据进行智能分析，实现对矿压变化的准确预测。

5.3市场需求

（1）煤矿企业需求：随着煤矿产业的发展，煤矿企业对安全生产的需求不断提高。智能化顶板矿压预警技术可以有效降低事故风险，提高生产效率，市场需求广阔。（2）产业升级与转型：在供给侧结构性改革的背景下，煤矿行业需要寻求转型升级，煤矿智能化成为重要发展方向。智能化顶板矿压预警技术将成为推动煤矿产业升级的重要手段。

结语

总之，智能化顶板矿压预警技术在煤矿行业的应用具有重要意义。通过实时监测、数据分析、预警模型构建与优化、预警信息传输与发布、智能调控与应急响应等方面的探讨，可以为煤矿企业提供一种有效的灾害防治手段。随着技术的不断进步，智能化顶板矿压预警技术将在煤矿行业发挥更加重要的作用，为我国煤矿安全生产贡献力量。

参考文献

［1］于健浩，毛德兵．我国煤矿顶板管理现状及防治对策［J］．煤炭科学技术，2017，45(5):65－70．

［2］许多康．国有煤矿事故统计分析与防控对策［J］．山东煤炭科技，2019(12):190－193．

［3］杨守国，姚亚金，庞拾亿，等．基于轨迹交叉理论的煤矿事故分析［J］．煤炭工程，2019，51(5):177－180．