本發(fā)明涉及煤礦井巷開采，尤其涉及一種基于聲光電多源數(shù)據(jù)融合的煤礦井巷綜合開采方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、傳統(tǒng)的煤礦開采方法在災(zāi)害預(yù)警方面，對于災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警多基于施工人員經(jīng)驗(yàn)，在井巷掘進(jìn)中缺乏對多源災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析，預(yù)警準(zhǔn)確率低，導(dǎo)致煤礦防災(zāi)措施實(shí)施針對性差；在煤巖識別方面，由于井下環(huán)境復(fù)雜，例如大功率設(shè)備產(chǎn)生的電磁場、各種設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)振動和噪聲等，基于單一技術(shù)原理的煤巖識別技術(shù)獲取到的識別結(jié)果準(zhǔn)確性不足，難以滿足實(shí)際工況下的應(yīng)用需求；在煤礦優(yōu)選方面，主要方式是將煤矸直接從井下運(yùn)輸至地面選煤廠進(jìn)行集中分選，沒有在井下原位實(shí)現(xiàn)原煤種類特性的初步篩分，難以在后續(xù)集中分選中對不同特性的原煤采用最佳匹配的分選方法，從而提高實(shí)際選煤效率。

3、綜上，傳統(tǒng)的煤礦開采方法無法實(shí)現(xiàn)在開采過程中既能安全規(guī)避潛在的風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害，又能實(shí)現(xiàn)煤巖的準(zhǔn)確判識，更能進(jìn)行煤炭的實(shí)時分選，無法保證煤礦鉆、掘、采、分整個工序的連續(xù)性和有效銜接。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于聲光電多源數(shù)據(jù)融合的煤礦井巷綜合開采方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦安全開采-煤巖高效識別-煤炭智能優(yōu)選的一體化連續(xù)進(jìn)行。

2、在一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于聲光電多源數(shù)據(jù)融合的煤礦井巷綜合開采方法，包括：

4、實(shí)時獲取鉆桿鉆進(jìn)過程中的鉆進(jìn)參數(shù)、鉆頭鉆進(jìn)反饋的微震數(shù)據(jù)、鉆入式接收線圈的瞬變電磁數(shù)據(jù)以及瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測數(shù)據(jù)，基于獲取的數(shù)據(jù)判斷鉆進(jìn)過程是否存在安全風(fēng)險(xiǎn)；

5、安全鉆進(jìn)設(shè)定距離后，開始采煤工作，獲取采煤過程中截割頭的截齒溫度，利用煤巖識別模型，得到煤巖的初步識別結(jié)果；

6、獲取輸送過程中煤巖樣品的反射光譜，通過機(jī)器學(xué)習(xí)得到煤巖的二次識別結(jié)果；基于所述二次識別結(jié)果判斷截割頭是否處于煤巖分界面；

7、對煤巖的初步識別結(jié)果和二次識別結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合分析，得到最終的煤巖識別結(jié)果；

8、基于最終的煤巖識別結(jié)果對煤炭和巖石樣品進(jìn)行分發(fā)傳送，對煤炭樣品進(jìn)行元素測試，基于元素測試結(jié)果，利用煤質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測模型，得到灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量檢測結(jié)果，基于所述定量檢測結(jié)果確定煤炭類型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對不同類型煤炭的分選。

9、作為進(jìn)一步的方案，基于獲取的數(shù)據(jù)判斷鉆進(jìn)過程是否存在安全風(fēng)險(xiǎn)，具體為：

10、實(shí)時獲取鉆桿鉆進(jìn)過程中的鉆進(jìn)參數(shù)，利用預(yù)先構(gòu)建的鉆進(jìn)參數(shù)-巖石物理性質(zhì)反演模型，得到前方的地層巖石物理性質(zhì)；

11、實(shí)時獲取鉆頭與巖石接觸面產(chǎn)生并傳導(dǎo)至巖石裂隙結(jié)構(gòu)所返回的地震波信號數(shù)據(jù)，提取波速、反射系數(shù)以及波形特征的異常表征，分析得到前方地層的巖石結(jié)構(gòu)信息；

12、通過鉆入式發(fā)射線圈在鉆孔中施加脈沖電流產(chǎn)生一次磁場，通過接收線圈接收一次磁場遇到導(dǎo)電介質(zhì)后產(chǎn)生的二次磁場，分析電阻值異常數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對周邊巖體及未知區(qū)域中所含水源的定向探測；

13、實(shí)時獲取隨鉆進(jìn)過程中溢出的甲烷和二氧化碳?xì)怏w的濃度，實(shí)時監(jiān)測瓦斯?jié)舛戎担?/p>

14、基于得到的巖石物理性質(zhì)、巖石結(jié)構(gòu)信息、所含水源情況和瓦斯?jié)舛惹闆r，判斷鉆進(jìn)過程是否存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

15、作為進(jìn)一步的方案，獲取輸送過程中煤巖樣品的反射光譜，通過機(jī)器學(xué)習(xí)得到煤巖的二次識別結(jié)果，具體為：

16、分別選取煤炭可見-近紅外反射光譜曲線和巖石可見-近紅外反射光譜曲線中具有顯著差異的特征波段，建立煤巖標(biāo)準(zhǔn)可見-近紅外光譜庫；

17、獲取輸送過程中煤巖樣品的可見-近紅外反射光譜，提取對應(yīng)的特征波段，將提取的特征波段與標(biāo)準(zhǔn)可見-近紅外光譜庫中的波段進(jìn)行相似性分析，識別出煤巖樣品為煤炭還是巖石。

18、作為進(jìn)一步的方案，基于所述二次識別結(jié)果判斷截割頭是否處于煤巖分界面，具體為：

19、假設(shè)二次識別結(jié)果為煤炭時記為m，二次識別結(jié)果為巖石時記為r；

20、對傳送帶上輸送的各批次煤巖樣品分別進(jìn)行檢測，記錄檢測結(jié)果，分析檢測結(jié)果中m和r結(jié)果的占比，當(dāng)兩者占比相等時，判斷截割頭處于煤巖分界面。

21、作為進(jìn)一步的方案，對煤巖的初步識別結(jié)果和二次識別結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合分析，具體為：

22、選取f1分?jǐn)?shù)作為性能評價指標(biāo)，分別對用于進(jìn)行初步識別的煤巖識別模型和用于進(jìn)行二次識別的機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行評價；

23、基于兩個模型的f1分?jǐn)?shù)評價值，確定初步識別結(jié)果和二次識別結(jié)果的權(quán)重；

24、基于所述權(quán)重計(jì)算每一種識別類別的得分：

25、；

26、其中，k是識別類別，為煤炭或巖石；m是模型的個數(shù)；x是樣本；是第i個模型對樣本x的預(yù)測結(jié)果；是指示函數(shù)，表示若識別為類別k，則函數(shù)返回值1，否則返回值0；是第i個模型的權(quán)重；

27、選擇得分高的類別作為最終的煤巖識別結(jié)果。

28、作為進(jìn)一步的方案，基于最終的煤巖識別結(jié)果對煤炭和巖石樣品進(jìn)行分發(fā)傳送，具體為：

29、對傳送帶上的煤巖樣品進(jìn)行圖像識別，并為煤巖樣品圖像匹配識別到的煤炭或巖石類別標(biāo)簽；

30、通過傳感器確定煤巖樣品的具體位置，根據(jù)每個位置上煤巖樣品匹配的類別標(biāo)簽，將對應(yīng)的煤巖樣品輸送到對應(yīng)的傳輸通道上。

31、作為進(jìn)一步的方案，所述煤質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測模型通過多元線性回歸算法建立起元素的光譜譜線主成分信息與標(biāo)準(zhǔn)煤樣煤質(zhì)指標(biāo)之間的回歸關(guān)系；所述煤質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測模型具體包括灰分預(yù)測模型、發(fā)熱量預(yù)測模型、揮發(fā)分預(yù)測模型和硫分預(yù)測模型，分別實(shí)現(xiàn)對灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量預(yù)測。

32、作為進(jìn)一步的方案，基于所述定量檢測結(jié)果確定煤炭類型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對不同類型煤炭的分選，具體為：

33、將灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量檢測結(jié)果，輸入至訓(xùn)練好的煤炭類型識別模型中，識別得到對應(yīng)的煤炭類型；

34、基于設(shè)定時間間隔內(nèi)所有煤炭樣品的煤炭類型識別結(jié)果，確定不同類型煤炭的占比；

35、設(shè)置分選器的轉(zhuǎn)速，對占比最高的煤炭類型進(jìn)行篩選；篩選完成后，對于剩余的樣品重新確定灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量檢測結(jié)果，重新確定不同類型煤炭的占比；重新對占比最高的煤炭類型進(jìn)行篩選；不斷重復(fù)該過程，直至將所有類型的煤炭樣品篩選完畢。

36、在另一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：

37、一種基于聲光電多源數(shù)據(jù)融合的煤礦井巷綜合開采系統(tǒng)，包括：

38、風(fēng)險(xiǎn)判斷模塊，用于實(shí)時獲取鉆桿鉆進(jìn)過程中的鉆進(jìn)參數(shù)、鉆頭鉆進(jìn)反饋的微震數(shù)據(jù)、鉆入式接收線圈的瞬變電磁數(shù)據(jù)以及瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測數(shù)據(jù)，基于獲取的數(shù)據(jù)判斷鉆進(jìn)過程是否存在安全風(fēng)險(xiǎn)；

39、煤巖初步識別模塊，用于安全鉆進(jìn)設(shè)定距離后，開始采煤工作，獲取采煤過程中截割頭的截齒溫度，利用煤巖識別模型，得到煤巖的初步識別結(jié)果；

40、煤巖二次識別模塊，用于獲取輸送過程中煤巖樣品的反射光譜，通過機(jī)器學(xué)習(xí)得到煤巖的二次識別結(jié)果；基于所述二次識別結(jié)果判斷截割頭是否處于煤巖分界面；

41、煤巖最終識別模塊，用于對煤巖的初步識別結(jié)果和二次識別結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合分析，得到最終的煤巖識別結(jié)果；

42、煤炭分選模塊，用于基于最終的煤巖識別結(jié)果對煤炭和巖石樣品進(jìn)行分發(fā)傳送，對煤炭樣品進(jìn)行元素測試，基于元素測試結(jié)果，利用煤質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測模型，得到灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量檢測結(jié)果，基于所述定量檢測結(jié)果確定煤炭類型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對不同類型煤炭的分選。

43、在另一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：

44、一種終端設(shè)備，其包括處理器和存儲器，處理器用于實(shí)現(xiàn)指令；存儲器用于存儲多條指令，所述指令適于由處理器加載并執(zhí)行上述的基于聲光電多源數(shù)據(jù)融合的煤礦井巷綜合開采方法。

45、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

46、（1）本發(fā)明在采煤工作開始之前的鉆進(jìn)、掘進(jìn)階段中，通過實(shí)時獲取鉆桿鉆進(jìn)過程中的鉆進(jìn)參數(shù)、鉆頭鉆進(jìn)反饋的微震數(shù)據(jù)、鉆入式接收線圈的瞬變電磁數(shù)據(jù)以及瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測數(shù)據(jù)，基于獲取的聲光電三元數(shù)據(jù)判斷鉆進(jìn)過程是否存在安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)水害、瓦斯、塌方等災(zāi)害的綜合識別，為傳統(tǒng)的煤礦井巷掘進(jìn)全過程的安全保障提供了新的技術(shù)思路。

47、（2）本發(fā)明在采煤過程中，通過采煤過程中截割頭的截齒溫度，得到煤巖初步識別結(jié)果，通過煤巖樣品的反射光譜得到煤巖二次識別結(jié)果；綜合煤巖初步識別結(jié)果和二次識別結(jié)果，對煤巖類別進(jìn)行區(qū)分；實(shí)現(xiàn)煤巖開采和識別的同步進(jìn)行，同時保證了煤巖識別結(jié)果的準(zhǔn)確性。

48、（3）本發(fā)明基于煤巖識別結(jié)果，對開采的煤巖樣品進(jìn)行實(shí)時定位和分選，并通過對煤炭樣品進(jìn)行元素測試，獲得灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量檢測結(jié)果，從而確定不同類型煤炭的占比，進(jìn)而對不同類型煤炭的原位分選；實(shí)現(xiàn)煤礦安全開采-煤巖高效識別-煤炭智能優(yōu)選的一體化連續(xù)進(jìn)行。

49、本發(fā)明的其他特征和附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本方面的實(shí)踐了解到。