孙继平, 余星辰

(中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院， 北京 100083)

0 引言

煤炭是我国的主要能源，在我国能源生产与消费结构中所占比例最大[1-3]。在我国一次能源生产与消费结构中，煤炭产量约占70%，消费量约占60%[4]。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水、火、冲击地压、顶板、运输、机电、放炮等事故困扰着煤矿安全生产[5-9]。2020年全国煤矿共发生死亡事故122起、死亡225人，同比下降28.2%和28.8%，百万吨死亡率约为0.058，全年未发生重特大瓦斯事故，是新中国成立以来首次。

煤矿重特大事故感知与报警是减少人员伤亡和财产损失的有效措施[10-11]。因此，研究煤矿重大事故报警方法具有重要的理论意义和实用价值[12-14]。本文针对煤矿重特大事故声音特点，提出了煤矿瓦斯与煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、冲击地压、水灾、顶板冒落等事故报警方法；论述了不同拾音设备的优缺点，矿用拾音设备宜采用麦克风阵列；研究了适用于煤矿重特大事故的声音识别分类器。

1 基于声音识别的煤矿瓦斯与煤尘爆炸报警方法

煤矿瓦斯与煤尘爆炸会产生爆炸声[15]。煤与瓦斯突出、冲击地压、透水、顶板大面积冒落、工作面落煤、爆破作业、采煤设备(采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机等)工作、掘进设备(掘进机、锚杆机、风镐等)工作、运输提升设备(带式输送机、胶轮车、电机车、提升机等)工作、供电设备(变压器、高低压控制设备等)工作、乳化液泵、水泵和局部通风机工作等也会产生声音[15]。但爆炸声的时域和频域特征与其他声音不同，可通过矿用防爆拾音设备和系统实时监测声音，通过声音智能分析和声音频率、幅度、短时能量等特征参数分析感知瓦斯与煤尘爆炸并报警。……