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(duì)于災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警多基于施工人員經(jīng)驗(yàn)，在井巷掘進(jìn)中缺乏對(duì)多源災(zāi)害監(jiān)測(cè)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(duì)性差；在煤巖識(shí)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(chǎng)、各種設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)振動(dòng)和噪聲等，基于單一技術(shù)原理的煤巖識(shí)別技術(shù)獲取到的識(shí)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(duì)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(shí)，更能進(jìn)行煤炭的實(shí)時(shí)分選，無法保證煤礦鉆、掘、采、分整個(gè)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(shí)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(shí)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(cè)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(shí)別模型，得到煤巖的初步識(shí)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(shí)別結(jié)果；基于所述二次識(shí)別結(jié)果判斷截割頭是否處于煤巖分界面；

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

8、基于最終的煤巖識(shí)別結(jié)果對(duì)煤炭和巖石樣品進(jìn)行分發(fā)傳送，對(duì)煤炭樣品進(jìn)行元素測(cè)試，基于元素測(cè)試結(jié)果，利用煤質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型，得到灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量檢測(cè)結(jié)果，基于所述定量檢測(cè)結(jié)果確定煤炭類型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)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(shí)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(hào)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(chǎng)，通過接收線圈接收一次磁場(chǎng)遇到導(dǎo)電介質(zhì)后產(chǎn)生的二次磁場(chǎng)，分析電阻值異常數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊巖體及未知區(qū)域中所含水源的定向探測(cè)；

13、實(shí)時(shí)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(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)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(kù)；

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(duì)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(kù)中的波段進(jìn)行相似性分析，識(shí)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(shí)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(shí)別結(jié)果為煤炭時(shí)記為m，二次識(shí)別結(jié)果為巖石時(shí)記為r；

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

21、作為進(jìn)一步的方案，對(duì)煤巖的初步識(shí)別結(jié)果和二次識(shí)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(píng)價(jià)指標(biāo)，分別對(duì)用于進(jìn)行初步識(shí)別的煤巖識(shí)別模型和用于進(jìn)行二次識(shí)別的機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)；

23、基于兩個(gè)模型的f1分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)值，確定初步識(shí)別結(jié)果和二次識(shí)別結(jié)果的權(quán)重；

24、基于所述權(quán)重計(jì)算每一種識(shí)別類別的得分：

25、；

26、其中，k是識(shí)別類別，為煤炭或巖石；m是模型的個(gè)數(shù)；x是樣本；是第i個(gè)模型對(duì)樣本x的預(yù)測(cè)結(jié)果；是指示函數(shù)，表示若識(shí)別為類別k，則函數(shù)返回值1，否則返回值0；是第i個(gè)模型的權(quán)重；

27、選擇得分高的類別作為最終的煤巖識(shí)別結(jié)果。

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

29、對(duì)傳送帶上的煤巖樣品進(jìn)行圖像識(shí)別，并為煤巖樣品圖像匹配識(shí)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(gè)位置上煤巖樣品匹配的類別標(biāo)簽，將對(duì)應(yīng)的煤巖樣品輸送到對(duì)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(cè)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(cè)模型具體包括灰分預(yù)測(cè)模型、發(fā)熱量預(yù)測(cè)模型、揮發(fā)分預(yù)測(cè)模型和硫分預(yù)測(cè)模型，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量預(yù)測(cè)。

32、作為進(jìn)一步的方案，基于所述定量檢測(cè)結(jié)果確定煤炭類型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)結(jié)果，輸入至訓(xùn)練好的煤炭類型識(shí)別模型中，識(shí)別得到對(duì)應(yīng)的煤炭類型；

34、基于設(shè)定時(shí)間間隔內(nèi)所有煤炭樣品的煤炭類型識(shí)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(duì)占比最高的煤炭類型進(jìn)行篩選；篩選完成后，對(duì)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(cè)結(jié)果，重新確定不同類型煤炭的占比；重新對(duì)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(shí)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(cè)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(shí)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(shí)別模型，得到煤巖的初步識(shí)別結(jié)果；

40、煤巖二次識(shí)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(shí)別結(jié)果；基于所述二次識(shí)別結(jié)果判斷截割頭是否處于煤巖分界面；

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

42、煤炭分選模塊，用于基于最終的煤巖識(shí)別結(jié)果對(duì)煤炭和巖石樣品進(jìn)行分發(fā)傳送，對(duì)煤炭樣品進(jìn)行元素測(cè)試，基于元素測(cè)試結(jié)果，利用煤質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型，得到灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量檢測(cè)結(jié)果，基于所述定量檢測(cè)結(jié)果確定煤炭類型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)器，處理器用于實(shí)現(xiàn)指令；存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)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(shí)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(cè)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(shí)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(shí)別結(jié)果，通過煤巖樣品的反射光譜得到煤巖二次識(shí)別結(jié)果；綜合煤巖初步識(shí)別結(jié)果和二次識(shí)別結(jié)果，對(duì)煤巖類別進(jìn)行區(qū)分；實(shí)現(xiàn)煤巖開采和識(shí)別的同步進(jìn)行，同時(shí)保證了煤巖識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。

48、（3）本發(fā)明基于煤巖識(shí)別結(jié)果，對(duì)開采的煤巖樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和分選，并通過對(duì)煤炭樣品進(jìn)行元素測(cè)試，獲得灰分、發(fā)熱量、揮發(fā)分和硫分的定量檢測(cè)結(jié)果，從而確定不同類型煤炭的占比，進(jìn)而對(duì)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(shí)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。