本申請(qǐng)涉及煤礦信息化系統(tǒng)，尤其涉及一種鉆孔瓦斯抽采在線(xiàn)計(jì)量控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著煤炭資源的不斷開(kāi)采，瓦斯事故已成為煤礦安全生產(chǎn)的主要威脅之一。鉆孔瓦斯抽采是防治瓦斯事故的重要措施之一，其目的是將煤層中的瓦斯抽出，降低煤層中的瓦斯含量，從而減少瓦斯事故的發(fā)生。

2、現(xiàn)有鉆孔瓦斯抽采控制系統(tǒng)主要采用人工控制或簡(jiǎn)單的自動(dòng)化控制方式。在人工控制模式下，操作人員需要時(shí)刻關(guān)注瓦斯抽采參數(shù)的變化，并手動(dòng)調(diào)整抽采設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，不僅效率低下，而且容易出現(xiàn)人為失誤，導(dǎo)致控制不及時(shí)。此外，現(xiàn)有鉆孔瓦斯抽采計(jì)量系統(tǒng)大多只具備簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能，缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的深入分析和處理能力，無(wú)法從大量的瓦斯抽采數(shù)據(jù)中提取出有價(jià)值的信息，難以發(fā)掘瓦斯抽采過(guò)程中的潛在問(wèn)題和規(guī)律。

3、針對(duì)上述問(wèn)題，目前業(yè)界暫未提出較佳的技術(shù)解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N鉆孔瓦斯抽采在線(xiàn)計(jì)量控制系統(tǒng)，用以至少解決傳統(tǒng)的鉆孔瓦斯抽采系統(tǒng)依賴(lài)人工或簡(jiǎn)單的自動(dòng)化控制無(wú)法支持實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的瓦斯抽采參數(shù)調(diào)整，難以應(yīng)對(duì)突發(fā)性或動(dòng)態(tài)復(fù)雜工況的問(wèn)題。

2、本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種鉆孔瓦斯抽采在線(xiàn)計(jì)量控制系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取抽采泵控制時(shí)序數(shù)據(jù)和管道瓦斯傳感時(shí)序數(shù)據(jù)；所述管道瓦斯傳感時(shí)序數(shù)據(jù)包含針對(duì)鉆孔瓦斯抽采管道中的采樣位置的對(duì)應(yīng)鄰近的第一時(shí)間段的多個(gè)瓦斯傳感數(shù)據(jù)，所述瓦斯傳感數(shù)據(jù)包含瓦斯流量、瓦斯?jié)舛?、壓力和溫度；所述抽采泵控制時(shí)序數(shù)據(jù)包含對(duì)應(yīng)所述第一時(shí)間段的多個(gè)抽采泵控制參數(shù)，所述抽采泵控制參數(shù)包含抽采泵轉(zhuǎn)速和抽采閥門(mén)開(kāi)度；流量預(yù)測(cè)單元，用于將所述抽采泵控制時(shí)序數(shù)據(jù)和管道瓦斯傳感時(shí)序數(shù)據(jù)輸入至瓦斯抽采流量預(yù)測(cè)模型，以預(yù)測(cè)對(duì)應(yīng)未來(lái)的第二時(shí)間段的瓦斯流量預(yù)測(cè)時(shí)序數(shù)據(jù)；所述瓦斯抽采流量預(yù)測(cè)模型的主干網(wǎng)絡(luò)采用lstm(long?short-term?memory,長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò))模型；抽采控制單元，用于將所述管道瓦斯傳感時(shí)序數(shù)據(jù)、所述瓦斯流量預(yù)測(cè)時(shí)序數(shù)據(jù)和所述抽采泵控制時(shí)序數(shù)據(jù)輸入至瓦斯抽采壓力控制模型，以確定對(duì)應(yīng)所述第二時(shí)間段的抽采泵控制參數(shù)預(yù)測(cè)時(shí)序數(shù)據(jù)；所述瓦斯抽采壓力控制模型采用基于注意力機(jī)制的transformer模型。

3、通過(guò)本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N鉆孔瓦斯抽采在線(xiàn)計(jì)量控制系統(tǒng)，能夠至少產(chǎn)生如下的技術(shù)效果：

4、(1)通過(guò)引入lstm模型和基于注意力機(jī)制的transformer模型，進(jìn)行瓦斯流量預(yù)測(cè)及抽采泵控制參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)控制。lstm模型擅長(zhǎng)處理時(shí)間序列數(shù)據(jù)，能夠捕捉瓦斯流量變化的長(zhǎng)短期依賴(lài)關(guān)系，而transformer模型的引入則進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜控制場(chǎng)景的適應(yīng)性和對(duì)瓦斯抽采過(guò)程中特征信息的精細(xì)捕捉。通過(guò)這兩種模型的協(xié)同作用，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確地調(diào)整抽采泵的控制參數(shù)，如轉(zhuǎn)速和閥門(mén)開(kāi)度，避免了人工控制可能導(dǎo)致的滯后性和誤差，大大提高了控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

5、(2)通過(guò)利用多種瓦斯傳感數(shù)據(jù)，如瓦斯流量、瓦斯?jié)舛?、壓力和溫度等，結(jié)合抽采泵的控制時(shí)序數(shù)據(jù)，形成完整的時(shí)序數(shù)據(jù)輸入。進(jìn)而，依托l(wèi)stm模型對(duì)瓦斯流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，能夠根據(jù)時(shí)序數(shù)據(jù)輸入，較精確地預(yù)測(cè)出未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的瓦斯流量變化，提前感知瓦斯流量的變化趨勢(shì)，從而提前做出針對(duì)性的調(diào)整，以確保瓦斯抽采的效率和安全性。

6、(3)由于瓦斯?jié)舛?、流量、壓力和溫度等參?shù)會(huì)受到采掘區(qū)域地質(zhì)條件和采煤工藝的影響，瓦斯抽采的復(fù)雜性使得傳統(tǒng)的控制方式難以應(yīng)對(duì)突發(fā)性或動(dòng)態(tài)變化的情況。這里，通過(guò)使用transformer模型，對(duì)大量時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，并依賴(lài)注意力機(jī)制，能夠在復(fù)雜瓦斯抽采環(huán)境中，對(duì)多個(gè)控制因素進(jìn)行綜合考慮，實(shí)現(xiàn)基于深度學(xué)習(xí)的自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整控制策略，有效解決了傳統(tǒng)控制模式下由于控制維度多而導(dǎo)致的處理能力不足問(wèn)題，例如在瓦斯?jié)舛茸兓瘎×一蚬艿缐毫Σ▌?dòng)較大的情況下，仍能保持瓦斯抽采的穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的失效風(fēng)險(xiǎn)。

7、通過(guò)本技術(shù)方案，通過(guò)全面自動(dòng)化的在線(xiàn)控制系統(tǒng)，依托機(jī)器學(xué)習(xí)模型實(shí)時(shí)監(jiān)控瓦斯數(shù)據(jù)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，減少了人為干預(yù)的頻率和對(duì)操作人員的依賴(lài)，極大降低了由于人為失誤帶來(lái)的安全隱患。此外，系統(tǒng)能夠在實(shí)時(shí)檢測(cè)到異常瓦斯?jié)舛然蛄髁繒r(shí)，自動(dòng)對(duì)控制抽采泵作出相應(yīng)的應(yīng)急參數(shù)調(diào)控，從而有效減少瓦斯在煤層和抽采管道中的積聚，降低瓦斯爆炸或泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，提升了瓦斯抽采及煤礦生產(chǎn)作業(yè)的安全性。

技術(shù)特征：

1.一種鉆孔瓦斯抽采在線(xiàn)計(jì)量控制系統(tǒng)，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括抽采量監(jiān)測(cè)單元，其用于執(zhí)行以下操作：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述瓦斯實(shí)際抽采量序列是通過(guò)下式而計(jì)算得到的：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括警報(bào)監(jiān)測(cè)單元，其用于執(zhí)行以下操作：

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述瓦斯抽采流量預(yù)測(cè)模型采用包含sarima模型模塊和lstm模型模塊的混合模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述瓦斯抽采流量預(yù)測(cè)模型采用基于注意力機(jī)制的bi-lstm模型，其包含級(jí)聯(lián)的tcn層、bi-lstm層、注意力層和輸出層；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述瓦斯抽采壓力控制模型包含輸入層、編碼器層、解碼器層和輸出層；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述瓦斯抽采壓力控制模型的損失函數(shù)ltotal通過(guò)下式表達(dá)：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N鉆孔瓦斯抽采在線(xiàn)計(jì)量控制系統(tǒng)，涉及煤礦信息化系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取抽采泵控制時(shí)序數(shù)據(jù)和管道瓦斯傳感時(shí)序數(shù)據(jù)；流量預(yù)測(cè)單元，用于通過(guò)瓦斯抽采流量預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)對(duì)應(yīng)未來(lái)的第二時(shí)間段的瓦斯流量預(yù)測(cè)時(shí)序數(shù)據(jù)；瓦斯抽采流量預(yù)測(cè)模型的主干網(wǎng)絡(luò)采用LSTM模型；抽采控制單元，用于通過(guò)瓦斯抽采壓力控制模型確定對(duì)應(yīng)第二時(shí)間段的抽采泵控制參數(shù)預(yù)測(cè)時(shí)序數(shù)據(jù)，該瓦斯抽采壓力控制模型采用基于注意力機(jī)制的Transformer模型。由此，通過(guò)全面自動(dòng)化的在線(xiàn)控制系統(tǒng)，依托機(jī)器學(xué)習(xí)模型實(shí)時(shí)監(jiān)控瓦斯數(shù)據(jù)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，減少人為干預(yù)的頻率和對(duì)操作人員的依賴(lài)。

技術(shù)研發(fā)人員：李國(guó)華,高亮,路文文,譚德軍,邢東宏,李曉鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶方信智能裝備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2