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、為了準確認定、及時消除煤礦重大事故隱患，應急管理部制定了《煤礦重大事故隱患判定標準》，標準適用于判定各類煤礦重大事故隱患，其中就包括對“超能力、超強度或者超定員組織生產(chǎn)”重大事故隱患的判定標準。超能力生產(chǎn)行為，即煤礦超出設計或核定生產(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市場需求而帶來短期經(jīng)濟利益，但也極大地增加了礦區(qū)的安全風險，可能導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、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，這些采掘地點的出現(xiàn)，也勢必會用風、用電，以滿足人員勞動、設備的運轉(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量監(jiān)測系統(tǒng)對煤礦超能力生產(chǎn)進行實時監(jiān)測，當監(jiān)測到上傳的各用風地點風量數(shù)據(jù)或礦井總用風量數(shù)據(jù)與該礦井資源界內(nèi)的所有采煤面需風量數(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)風量精準監(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)采掘工作面的實時位置，通過系統(tǒng)計算將風量偏差與監(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)行為及位置進行預警和報警。

3、盡管現(xiàn)代礦井用風量監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r、準確地監(jiān)測風量數(shù)據(jù)，但受到井下復雜環(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、開采工藝和通風系統(tǒng)設計的差異也可能影響監(jiān)測結(jié)果的準確性。

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，難以得到真實的煤炭產(chǎn)量信息，也比較耗費人力，因此有待改進。

技術(shù)實現(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)點處的用電監(jiān)測設備、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行預警的預警模塊，其中，用電監(jiān)測設備設置電流傳感器和電壓傳感器實時監(jiān)測通過節(jié)點的電流和電壓，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)點的實時電能消耗量，并將計算的實時電能消耗量傳遞至數(shù)據(jù)庫模塊進行儲存，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)行為則由預警模塊進行預警。

4、進一步，數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)設有數(shù)據(jù)分析算法，根據(jù)算法計算各個節(jié)點的電能消耗量，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i的實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時值；ei表示節(jié)點i從t0時刻到t1時刻的實時電能消耗量。

10、進一步，數(shù)據(jù)庫模塊中存儲每個監(jiān)測節(jié)點的歷史用電數(shù)據(jù)，并根據(jù)歷史用電數(shù)據(jù)的平均值、標準差、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；qm是所有能耗數(shù)據(jù)點中的最小值，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為設定的閾值嚴格系數(shù)；σ為標準差，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、進一步，判識模塊將數(shù)據(jù)處理單元計算的實時電能消耗量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進行比對，進而識別異常狀態(tài)，其中，判識模塊按照如下方式比對實時電能消耗量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ai＝1或fi＝1任一情況出現(xiàn)時，判識模塊標記節(jié)點i為異常，并向預警模塊發(fā)送預警指令。

24、進一步，預警模塊包括可視化報警界面和無線傳輸單元，預警模塊能夠向管理人員發(fā)送實時預警信息。

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)測設備；

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

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

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

30、進一步，在步驟s2中，計算各個節(jié)點的電能消耗量，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i的實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時值；ei表示節(jié)點i從t0時刻到t1時刻的實時電能消耗量。

36、進一步，在步驟s3中，將計算的實時電能消耗量ei與正常生產(chǎn)用電能耗區(qū)間[qm,qn]和波動閾值f進行比對，其中，按照如下方式比對實時電能消耗量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、進一步，在步驟s4中，當ai＝1或fi＝1任一情況出現(xiàn)時，判識模塊標記節(jié)點i為異常，并向預警模塊發(fā)送預警指令。

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)提供科學依據(jù)，同時將用電節(jié)點的實時數(shù)據(jù)與預設的正常生產(chǎn)時期用電能耗區(qū)間[qm,qn]及波動閾值f進行比對，并對異常狀態(tài)進行判定，標記異常節(jié)點，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)行為進行預警和報警，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、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。