本發(fā)明屬于煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察，涉及一種基于煤礦井下用電監(jiān)測的超能力生產(chǎn)判識系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、為了準(zhǔn)確認(rèn)定、及時消除煤礦重大事故隱患，應(yīng)急管理部制定了《煤礦重大事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)適用于判定各類煤礦重大事故隱患，其中就包括對“超能力、超強(qiáng)度或者超定員組織生產(chǎn)”重大事故隱患的判定標(biāo)準(zhǔn)。超能力生產(chǎn)行為，即煤礦超出設(shè)計或核定生產(chǎn)能力的生產(chǎn)活動，是一個特別值得關(guān)注的問題。雖然此類行為可能因應(yīng)市場需求而帶來短期經(jīng)濟(jì)利益，但也極大地增加了礦區(qū)的安全風(fēng)險，可能導(dǎo)致重大安全事故的發(fā)生。針對煤礦是否存在超能力生產(chǎn)行為，最有效的判定方法就是從井下用風(fēng)、井下用電兩個方面入手。只要井下有超能力生產(chǎn)存在，勢必會存在隱藏工作面或者超層越界開采等違法行為，這些采掘地點(diǎn)的出現(xiàn)，也勢必會用風(fēng)、用電，以滿足人員勞動、設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，探索有效的監(jiān)管監(jiān)察手段，有效避免人工監(jiān)管監(jiān)察存在的時空不連續(xù)、精度低、監(jiān)管效能低等問題，對于確保煤礦安全生產(chǎn)具有至關(guān)重要的意義。

2、公開號為cn114961853a的現(xiàn)有技術(shù)公開了一種基于礦井用風(fēng)量監(jiān)測的超能力生產(chǎn)判識系統(tǒng)及方法，其通過煤礦井下用風(fēng)量監(jiān)測系統(tǒng)對煤礦超能力生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到上傳的各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量數(shù)據(jù)或礦井總用風(fēng)量數(shù)據(jù)與該礦井資源界內(nèi)的所有采煤面需風(fēng)量數(shù)據(jù)間存在異常時，判識煤礦的超能力生產(chǎn)行為，后臺管理系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)量精準(zhǔn)監(jiān)測裝置的位置及其上傳的數(shù)據(jù)，獲取井下超能力生產(chǎn)采掘工作面的實(shí)時位置，通過系統(tǒng)計算將風(fēng)量偏差與監(jiān)測閾值比對，完成煤礦生產(chǎn)狀態(tài)判識，監(jiān)測系統(tǒng)終端對礦井超能力生產(chǎn)行為及位置進(jìn)行預(yù)警和報警。

3、盡管現(xiàn)代礦井用風(fēng)量監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地監(jiān)測風(fēng)量數(shù)據(jù)，但受到井下復(fù)雜環(huán)境(如溫度、濕度、粉塵濃度等)的影響，傳感器的精度和穩(wěn)定性可能受到一定影響，從而導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果存在誤差。此外，不同礦井的地質(zhì)條件、開采工藝和通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的差異也可能影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4、其他例如人工測量、人員定位等煤礦超能力生產(chǎn)監(jiān)測首端受人為因素影響較大，難以得到真實(shí)的煤炭產(chǎn)量信息，也比較耗費(fèi)人力，因此有待改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于煤礦井下用電監(jiān)測的超能力生產(chǎn)判識系統(tǒng)及方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于煤礦井下用電監(jiān)測的超能力生產(chǎn)判識系統(tǒng)，其包括：若干部署于井下不同節(jié)點(diǎn)處的用電監(jiān)測設(shè)備、用于接收并處理監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理單元、用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫模塊、用于識別異常用電的判識模塊以及用于對異常用電情況進(jìn)行預(yù)警的預(yù)警模塊，其中，用電監(jiān)測設(shè)備設(shè)置電流傳感器和電壓傳感器實(shí)時監(jiān)測通過節(jié)點(diǎn)的電流和電壓，并將電流和電壓數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)電流和電壓數(shù)據(jù)計算出各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時電能消耗量，并將計算的實(shí)時電能消耗量傳遞至數(shù)據(jù)庫模塊進(jìn)行儲存，并由判識模塊根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的過往電能消耗量和數(shù)據(jù)處理單元傳遞的實(shí)時電能消耗量的判識結(jié)果確定是否存在超能力生產(chǎn)行為，若存在超能力生產(chǎn)行為則由預(yù)警模塊進(jìn)行預(yù)警。

4、進(jìn)一步，數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)分析算法，根據(jù)算法計算各個節(jié)點(diǎn)的電能消耗量，其公式表示為：

5、e＝p×t＝v×i×t

6、其中，e表示電能消耗量，p為功率，t表示時間，v表示電壓，i表示電流；

7、對于節(jié)點(diǎn)i的實(shí)時電能消耗量的計算公式為：

8、

9、其中，it和vt分別為第t個時刻的電流和電壓的實(shí)時值；ei表示節(jié)點(diǎn)i從t0時刻到t1時刻的實(shí)時電能消耗量。

10、進(jìn)一步，數(shù)據(jù)庫模塊中存儲每個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的歷史用電數(shù)據(jù)，并根據(jù)歷史用電數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值確定正常生產(chǎn)條件下的用電能耗區(qū)間[qm,qn]以及波動閾值f，其中，用電能耗區(qū)間[qm,qn]的計算方式為：

11、qm＝min(e1,e2,…,en)

12、qn＝max(e1,e2,…,en)

13、其中，e1,e2,…,en代表在觀察期間收集到的n個能耗數(shù)據(jù)點(diǎn)；qm是所有能耗數(shù)據(jù)點(diǎn)中的最小值，表示在正常生產(chǎn)條件下的最低能耗水平；qn是所有能耗數(shù)據(jù)點(diǎn)中的最大值，表示在正常生產(chǎn)條件下的最高能耗水平；

14、波動閾值f的計算方式為：

15、

16、其中，k為設(shè)定的閾值嚴(yán)格系數(shù)；σ為標(biāo)準(zhǔn)差，其用于衡量數(shù)據(jù)分布的離散程度；為所有能耗數(shù)據(jù)的平均值。

17、進(jìn)一步，判識模塊將數(shù)據(jù)處理單元計算的實(shí)時電能消耗量ei與數(shù)據(jù)庫模塊中的正常生產(chǎn)用電能耗區(qū)間[qm,qn]和波動閾值f進(jìn)行比對，進(jìn)而識別異常狀態(tài)，其中，判識模塊按照如下方式比對實(shí)時電能消耗量ei與用電能耗區(qū)間[qm,qn]：

18、

19、其中，ai＝1表示生產(chǎn)行為異常，ai＝0表示生產(chǎn)行為正常；

20、判識模塊按照如下方式比對實(shí)時電能消耗量ei與波動閾值f：

21、

22、其中，fi＝1表示生產(chǎn)行為異常，fi＝0表示生產(chǎn)行為正常；

23、當(dāng)ai＝1或fi＝1任一情況出現(xiàn)時，判識模塊標(biāo)記節(jié)點(diǎn)i為異常，并向預(yù)警模塊發(fā)送預(yù)警指令。

24、進(jìn)一步，預(yù)警模塊包括可視化報警界面和無線傳輸單元，預(yù)警模塊能夠向管理人員發(fā)送實(shí)時預(yù)警信息。

25、本發(fā)明還提出了一種基于煤礦井下用電監(jiān)測的超能力生產(chǎn)判識方法，其包括以下步驟：

26、s1、在井下部署多個用電監(jiān)測設(shè)備；

27、s2、收集并處理各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時用電數(shù)據(jù)，實(shí)時用電數(shù)據(jù)包括電流、電壓、功率及能耗；

28、s3、將收集的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的正常生產(chǎn)時期用電能耗區(qū)間[qm,qn]及波動閾值f進(jìn)行比對；

29、s4、若發(fā)現(xiàn)某一節(jié)點(diǎn)的電能消耗超出預(yù)設(shè)范圍，則識別為異常，并向管理人員發(fā)送預(yù)警信號。

30、進(jìn)一步，在步驟s2中，計算各個節(jié)點(diǎn)的電能消耗量，其公式表示為：

31、e＝p×t＝v×i×t

32、其中，e表示電能消耗量，p為功率，t表示時間，v表示電壓，i表示電流；

33、對于節(jié)點(diǎn)i的實(shí)時電能消耗量的計算公式為：

34、

35、其中，it和vt分別為第t個時刻的電流和電壓的實(shí)時值；ei表示節(jié)點(diǎn)i從t0時刻到t1時刻的實(shí)時電能消耗量。

36、進(jìn)一步，在步驟s3中，將計算的實(shí)時電能消耗量ei與正常生產(chǎn)用電能耗區(qū)間[qm,qn]和波動閾值f進(jìn)行比對，其中，按照如下方式比對實(shí)時電能消耗量ei與用電能耗區(qū)間[qm,qn]：

37、

38、其中，ai＝1表示生產(chǎn)行為異常，ai＝0表示生產(chǎn)行為正常；

39、按照如下方式比對實(shí)時電能消耗量ei與波動閾值f：

40、

41、其中，fi＝1表示生產(chǎn)行為異常，fi＝0表示生產(chǎn)行為正常。

42、進(jìn)一步，在步驟s4中，當(dāng)ai＝1或fi＝1任一情況出現(xiàn)時，判識模塊標(biāo)記節(jié)點(diǎn)i為異常，并向預(yù)警模塊發(fā)送預(yù)警指令。

43、本發(fā)明的有益效果在于：

44、本發(fā)明通過對井下各個節(jié)點(diǎn)用電監(jiān)測分析，能夠獲得正常生產(chǎn)時期井下各個用電點(diǎn)的電能消耗情況，提高煤礦安全生產(chǎn)水平。

45、本發(fā)明形成正常時期用電能耗區(qū)間[qm,qn]及波動閾值f，為煤礦安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，同時將用電節(jié)點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的正常生產(chǎn)時期用電能耗區(qū)間[qm,qn]及波動閾值f進(jìn)行比對，并對異常狀態(tài)進(jìn)行判定，標(biāo)記異常節(jié)點(diǎn)，完成煤礦生產(chǎn)狀態(tài)判識，提高煤礦安全生產(chǎn)管理水平。

46、本發(fā)明對礦井潛在超能力生產(chǎn)行為進(jìn)行預(yù)警和報警，避免人工監(jiān)管監(jiān)察的各種人為因素，保障礦井安全生產(chǎn)。

47、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。