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原文传递一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统及方法

专利名称：	一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统及方法
摘要：	本发明提供一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统及方法，包括：采用设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器采集瓦斯气体浓度，当检测到瓦斯气体浓度超过设定的阈值时，将采集的瓦斯气体浓度输入修订高斯烟羽模型，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，即为瓦斯泄漏源位置；其中，所述修订高斯烟羽模型是通过采用煤矿井下待监测区域的高度和宽度及瓦斯气体碰撞煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面时的反射系数修订高斯烟羽模型得到的。本发明将有限空间的尺寸及瓦斯气体与壁面的碰撞因素引入高斯烟羽模型，从而得到新的修订高斯烟羽模型，该修订后得到的修订高斯烟羽模型能够用于有限空间内的瓦斯气体泄露源定位。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	陕西煤业化工技术研究院有限责任公司
发明人：	李茂庆;史义存;高震;卫琛浩;马啸;党文龙;李盟洁;李超;景欣瑞
专利状态：	有效
申请日期：	2022-08-29T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-02T00:00:00+0800
申请号：	CN202211043056.6
公开号：	CN115420856A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	马贵香
分类号：	G01N33/00;G06N3/00;E21F17/18;G;E;G01;G06;E21;G01N;G06N;E21F;G01N33;G06N3;E21F17;G01N33/00;G06N3/00;E21F17/18
申请人地址：	710100 陕西省西安市航天基地神舟七路166号
主权项：	1.一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，包括：采用设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器采集瓦斯气体浓度，当检测到瓦斯气体浓度超过设定的阈值时，将采集的瓦斯气体浓度输入修订高斯烟羽模型，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，即为瓦斯泄漏源位置；其中，所述修订高斯烟羽模型是通过采用煤矿井下待监测区域的高度和宽度及瓦斯气体碰撞煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面时的反射系数修订高斯烟羽模型得到的。 2.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，所述修订高斯烟羽模型为： C(x,y,z)＝C(x,y,z,H,L)+C(x,y,z,H,D) (2) 其中，C(x,y,z,H,L)、C(x,y,z,H,D)和C(x,y,z)均为瓦斯气体浓度，mg/m3；Q为瓦斯气体泄漏速度，mg/s；H为瓦斯泄漏源高度；μ为风速；σy和σz分别为y轴方向和z轴方向上的瓦斯气体扩散系数；α为瓦斯气体在与煤矿井下待监测区域面的侧壁、顶板和地面碰撞时的反射系数；n为瓦斯气体与煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面的总碰撞次数；L为煤矿井下待监测区域的高度，高度方向与z轴方向一致；D为煤矿井下待监测区域的宽度，宽度方向与y轴方向一致。 3.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，对修订高斯烟羽模型进行求解具体是：将瓦斯传感器作为粒子，采用粒子群优化算法进行求解。 4.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，具体是：构建适应度函数：其中，Ci表示第i个瓦斯传感器检测到的瓦斯气体浓度，Cd表示采用修订高斯烟羽模型计算得到第i个瓦斯传感器的瓦斯气体浓度；对修订高斯烟羽模型进行求解，得到使适应度函数最小的最优解，该最优解对应的坐标为瓦斯气体浓度最大处的位置信息。 5.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，所述修订高斯烟羽模型的构建方法包括： 1)采用设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器采集瓦斯气体浓度； 2)构建修订高斯烟羽模型如下： C(x,y,z)＝C(x,y,z,H,L)+C(x,y,z,H,D) (2) 其中，C(x,y,z,H,L)、C(x,y,z,H,D)和C(x,y,z)均为瓦斯气体浓度，mg/m3；Q为瓦斯气体泄漏速度，mg/s；H为瓦斯泄漏源高度；μ为风速；σy和σz分别为y轴方向和z轴方向上的瓦斯气体扩散系数；α为瓦斯气体在与煤矿井下待监测区域面的侧壁、顶板和地面碰撞时的反射系数；n为瓦斯气体与煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面的总碰撞次数；L为煤矿井下待监测区域的高度，高度方向与z轴方向一致；D为煤矿井下待监测区域的宽度，宽度方向与y轴方向一致； 3)根据采集到的瓦斯气体浓度，求解修订高斯烟羽模型中的模型参数α、σz和σy，将求解得到的模型参数代入修订高斯烟羽模型，得到修订高斯烟羽模型。 6.根据权利要求5所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，步骤3)中，根据采集到的瓦斯气体浓度，求解修订的高斯烟羽模型中的模型参数，具体为：构建适应度函数：其中，Ci表示第i个瓦斯传感器检测到的瓦斯气体浓度，Cd表示采用修订的高斯烟羽模型计算得到第i个瓦斯传感器处的瓦斯气体浓度；对修订高斯烟羽模型进行求解，得到使适应度函数最小时的α、σz、σy，即得到模型参数。 7.根据权利要求5所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，步骤3)中，采用Pasquill方法衡量大气稳定度，根据大气稳定度得到气体扩散系数的参考范围，根据气体扩散系数的参考范围和采集到的瓦斯气体浓度，求解修订的高斯烟羽模型中的模型参数。 8.根据权利要求5所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，将瓦斯传感器作为粒子，采用粒子群优化算法求解修订高斯烟羽模型中的模型参数。 9.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯泄漏源定位方法，其特征在于，所述煤矿井下待监测区域为煤矿巷道。 10.一种煤矿井下瓦斯泄漏源定位系统，其特征在于，包括设置在煤矿井下待监测区域的多个瓦斯传感器，以及中央处理器；瓦斯传感器，用于采集瓦斯气体浓度，并传输给中央处理器；中央处理器，包含修订高斯烟羽模型，当检测到瓦斯气体浓度超过设定的阈值时，将接收的瓦斯气体浓度输入修订高斯烟羽模型，对修订高斯烟羽模型进行求解，得到瓦斯气体浓度最大处的位置信息，得到瓦斯泄漏源位置；其中，所述修订高斯烟羽模型是通过采用煤矿井下待监测区域的高度和宽度及瓦斯气体碰撞煤矿井下待监测区域的侧壁、顶板和地面时的反射系数修订高斯烟羽模型得到的。