煤矿灾害监测与防治数据时空互馈的风险管控方法及系统与流程

本技术涉及煤矿灾害防治，尤其涉及煤矿灾害监测与防治数据时空互馈的风险管控方法及系统。

背景技术：

1、当前煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出、突水、顶板等重大灾害防控工作中，普遍存在监测预警与工程防治脱节的问题。监测预警结果无法精准指引防治的工作重点，防治工程的实施效果也无法反向反馈、修正灾害风险研判结果，最终造成风险判识准确性不高、治理措施针对性不足、风险管控不闭环，大幅降低煤矿灾害整体防控效能。该问题的核心根源为煤矿现场灾害监测预警与工程治理在时空维度上严重割裂，未形成相互支撑、有效互馈。一方面，灾害治理施工过程中，动态监测数据未有效嵌入治理决策体系，现场人员多依托历史施工经验、固定规范条文制定治理方案。既无法针对井下动态变化的高风险区域开展靶向专项治理，也不能依据实时风险监测数据动态校正施工参数，极易出现治理重点偏移、高危区域治理不足、低风险区域工程过度布设等问题，造成人力、物力、财力的无效损耗与资源浪费。另一方面，监测预警团队开展灾害风险分析研判时，因缺失防治工程全过程施工、布设、验收等核心信息，无法精准建模分析工程实施后的井下灾害风险演化特征，导致风险评价模型无法随防治工程的时空推进同步迭代更新，风险研判结果与现场实际防控工况严重脱节。上述双向信息壁垒，直接打破了“监测—预警—治理—检验”的全流程灾害风险管控闭环，使监测预警与工程治理彻底沦为互不衔接的“两张皮”，严重制约了煤矿灾害风险评价的时效性、精准性，以及治理措施的针对性、有效性。

2、目前行业现有的监测、防治技术难以实现数据互通、业务互联，主要体现在以下两方面：在监测预警层面，矿井主要依托微震、应力、地音、瓦斯等在线监测系统，实时采集井下传感器监测数据，通过与预设的静态物理阈值（应力超限、微震能量超限、瓦斯浓度超限等）进行简单比对，仅在数据越限时触发预警，缺乏动态风险研判与工况适配分析。在工程防治层面，治理方案完全依托前期静态地质勘探数据和固定设计方案开展施工，通过实施卸压钻孔、煤层注水、瓦斯抽采等常规工程完成防控作业，施工结束后仅依靠人工验收、台账记录工程量作为达标依据，防治过程的信息化水平低，无法结构化工程治理数据，也未利用动态监测数据校验治理成效。因此，亟需提出一种煤矿灾害监测与防治数据时空互馈的风险管控方案，打破了监测预警与工程治理间的数据壁垒，实现了监测数据与防治工程数据时空互馈的风险管控。

技术实现思路

1、本技术提供煤矿灾害监测与防治数据时空互馈的风险管控方法及系统，以至少解决现有煤矿灾害防治中监测与防治数据相互割裂，导致风险评价时效性差、治理措施靶向性不足、防控闭环缺失的技术问题。

2、本技术第一方面实施例提出一种煤矿灾害监测与防治数据时空互馈的风险管控方法，所述方法包括：

3、步骤1：构建煤矿三维巷道模型，根据矿井的地质条件、煤层赋存、开采参数及预设范围内相邻矿井的灾害情况预测当前矿井的灾害类型及防治区域，并基于所述灾害类型在预先设计好的案例库中选取所述灾害类型对应方案级施工参数；基于所述灾害类型对应的方案级施工参数、防治区域在所述三维巷道模型上自动生成防治工程图；施工过程中采集带有空间坐标和时间标签的施工参数；施工结束后，根据所述防治工程图生成电子施工台账，并将所述台账与三维巷道模型中的对应位置关联存储；

4、步骤2：根据所述电子施工台账确定风险修正系数，所述风险修正系数随工程质量及进度偏离设计要求的程度增大而阶梯式增大；

5、步骤3：获取矿井监测数据，以所述施工参数为基准将施工干扰信号剔除，根据剔除干扰后的监测信号确定监测风险值，再根据矿井的地质灾害风险值、所述监测风险值和所述风险修正系数确定综合风险指数；

6、步骤4：当所述综合风险指数超过预设阈值时，在三维巷道模型中圈定重点防治区域，并从案例库中匹配相似案例以生成防治工程方案及其施工参数，将所述施工参数回传至步骤1以生成补充施工图；补充防治工程实施后，将实施效果反馈至案例库，并重新执行步骤2至步骤3以更新综合风险指数，形成闭环。

7、优选的，所述煤矿三维巷道模型的构建过程包括：

8、导入煤矿基础地质测量数据，构建包含地质要素的三维地质模型和井下工程实体的三维空间模型，形成三维巷道模型；

9、所述案例库的设计过程包括：

10、基于不同灾害类型建立标准化防治工程设计模板库，各模板包含可调整的方案级施工参数；

11、所述基于所述灾害类型对应的方案级施工参数、防治区域在所述三维巷道模型上自动生成防治工程图，包括：

12、在三维巷道模型上圈定所述防治区域，录入所述防治区域内的空间布置参数，将所述方案级施工参数与所述空间布置参数融合，通过空间几何算法批量生成所述防治区域内各工程实体的全参数，并在三维巷道模型上自动生成全参数上图的防治工程图，并将各工程实体的全参数作为台账生成的预设设计参数；

13、其中，所述方案级施工参数包括：治理区域、钻孔布设、施工时间、钻孔深度、钻孔倾角、钻孔方位角、钻孔轨迹、钻孔直径、爆破炸药量、水力压裂位置、抽采数据及探放水结果；

14、所述工程实体包括：钻孔、注浆孔、爆破孔；

15、所述全参数包括：坐标、倾角、方位角、深度、孔径；

16、所述空间布置参数包括：钻孔排数、每排孔数及各孔的空间方位关系。

17、进一步的，所述根据所述防治工程图生成电子施工台账，包括：

18、将施工过程中采集的带有空间坐标和时间标签的施工参数与对应的所述预设设计参数逐项比对；

19、当比对一致时，自动采纳所述预设设计参数作为台账记录数据，当比对存在偏差时，以所述实际施工参数替换对应的预设设计参数，并标记所述偏差项；

20、根据所述预设设计参数和替换后的带有空间坐标和时间标签的施工参数生成电子施工台账；

21、所述电子施工台账包括：设计数据与实际施工数据的偏差统计、工程质量指标和工程进度指标；

22、所述矿井监测数据包括：微震数据、围岩应力数据、支架阻力数据、顶板离层数据、锚杆/索载荷数据、瓦斯浓度数据、水位数据、涌水量数据；

23、所述防治工程方案包括：推荐的工程类型、施工范围、施工参数和预期风险降低程度。

24、进一步的，所述综合风险指数的计算式如下：

25、

26、式中，为综合风险指数，为地质灾害风险值，为监测风险值，为地质风险权重系数，为监测风险权重系数，为风险修正系数；

27、其中，所述地质灾害风险值是基于矿井的地质条件、煤层赋存、开采参数、及预设范围内相邻矿井的灾害情况确定的。

28、进一步的，所述根据所述电子施工台账确定风险修正系数，包括：

29、从所述电子施工台账中提取工程质量指标和工程进度指标；

30、根据所述工程质量指标计算工程质量指数，并根据所述工程进度指标计算工程进度指数；

31、根据所述工程质量指数和所述工程进度指数确定风险修正系数，所述工程质量指数越低或所述工程进度指数越低，所述风险修正系数取值越大；

32、其中，所述质量指标包括：钻孔深度合格率、钻孔倾角合格率和钻孔方位角合格率、注浆量达标率、装药量合格率；

33、所述进度指标包括：工程完成率。

34、进一步的，所述工程质量指数的计算式如下：

35、

36、式中，为工程质量指数，为第个工程质量指标的权重，为第个工程质量指标的实际得分，n为工程质量指标的总数；

37、所述工程进度指数的计算式如下：

38、

39、式中，为工程进度指数，为实际工程进度指标，为计划完成工程进度指标。

40、进一步的，所述根据所述工程质量指数和所述工程进度指数确定风险修正系数，包括：

41、利用公式，确定第一系数，其中，为第一系数，为质量影响系数，为进度影响系数；

42、当所述第一系数小于等于预设的第一阈值时，风险修正系数等于0；

43、当所述第一系数大于预设的第一阈值且小于等于预设的第二阈值时，风险修正系数等于0.2；

44、当所述第一系数大于预设的第二阈值且小于等于预设的第三阈值时，风险修正系数等于0.5；

45、当所述第一系数大于预设的第三阈值时，风险修正系数等于1。

46、优选的，所述从案例库中匹配相似案例，包括：

47、提取重点防治区域的灾害类型、风险等级、地质条件和采掘条件构成特征向量，并计算所述特征向量与案例库中各历史案例特征向量的相似度，选取相似度最高的n个案例作为相似案例，其中，n≥3。

48、优选的，所述将实施效果反馈至案例库，包括：

49、获取补充防治工程施工结束后的综合风险指数；

50、根据施工前与施工后的综合风险指数变化量确定实施效果指标，将所述实施效果指标与所述防治工程方案关联存入案例库。

51、本技术第二方面实施例提出一种煤矿灾害监测与防治数据时空互馈的风险管控系统，包括：

52、构建模块，用于构建煤矿三维巷道模型，根据矿井的地质条件、煤层赋存、开采参数及预设范围内相邻矿井的灾害情况预测当前矿井的灾害类型及防治区域，并基于所述灾害类型在预先设计好的案例库中选取所述灾害类型对应方案级施工参数；基于所述灾害类型对应的方案级施工参数、防治区域在所述三维巷道模型上自动生成防治工程图；施工过程中采集带有空间坐标和时间标签的施工参数；施工结束后，根据所述防治工程图生成电子施工台账，并将所述台账与三维巷道模型中的对应位置关联存储；

53、第一确定模块，用于根据所述电子施工台账确定风险修正系数，所述风险修正系数随工程质量及进度偏离设计要求的程度增大而阶梯式增大；

54、第二确定模块，用于获取矿井监测数据，以所述施工参数为基准将施工干扰信号剔除，根据剔除干扰后的监测信号确定监测风险值，再根据矿井的地质灾害风险值、所述监测风险值和所述风险修正系数确定综合风险指数；

55、第三确定模块，用于当所述综合风险指数超过预设阈值时，在三维巷道模型中圈定重点防治区域，并从案例库中匹配相似案例以生成防治工程方案及其施工参数，将所述施工参数回传至构建模块以生成补充施工图；补充防治工程实施后，将实施效果反馈至案例库，并重新执行第一确定模块至第二确定模块以更新综合风险指数，形成闭环。

56、本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

57、本技术提出了煤矿灾害监测与防治数据时空互馈的风险管控方法及系统，所述方法包括：步骤1：构建煤矿三维巷道模型，根据矿井的地质条件、煤层赋存、开采参数及预设范围内相邻矿井的灾害情况预测当前矿井的灾害类型及防治区域，并基于所述灾害类型在预先设计好的案例库中选取所述灾害类型对应方案级施工参数；基于所述灾害类型对应的方案级施工参数、防治区域在所述三维巷道模型上自动生成防治工程图；施工过程中采集带有空间坐标和时间标签的施工参数；施工结束后，根据所述防治工程图生成电子施工台账，并将所述台账与三维巷道模型中的对应位置关联存储；步骤2：根据所述电子施工台账确定风险修正系数，所述风险修正系数随工程质量及进度偏离设计要求的程度增大而阶梯式增大；步骤3：获取矿井监测数据，以所述施工参数为基准将施工干扰信号剔除，根据剔除干扰后的监测信号确定监测风险值，再根据矿井的地质灾害风险值、所述监测风险值和所述风险修正系数确定综合风险指数；步骤4：当所述综合风险指数超过预设阈值时，在三维巷道模型中圈定重点防治区域，并从案例库中匹配相似案例以生成防治工程方案及其施工参数，将所述施工参数回传至步骤1以生成补充施工图；补充防治工程实施后，将实施效果反馈至案例库，并重新执行步骤2至步骤3以更新综合风险指数，形成闭环。本技术提出的技术方案，打破了监测预警与工程治理间的数据壁垒，实现了监测数据与防治工程数据时空互馈的风险管控。

58、本技术附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。