本书以矿隧安全风险监测预控的数字化、信息化和智能化为背景，介绍了矿隧高危安全风险监测预警和应急管控集成平台关键技术及工程应用。具体内容包括智慧矿隧安全风险监测预控理论的基础理论、关键技术、系统集成与产业应用，形成实现高危工程项目施工和运维一体化安全风险监测预控技术体系，在露天采石场、山岭重丘区高速公路边坡等工程项目的应用实例。 本书可供煤矿、非煤矿山、隧道、建筑、交通、信息与控制工程领域政府安全监管人员、企业安全管理人员、工程施工运维技术人员阅读，也可以供计算机、大数据、人工智能、安全工程、采矿工程、隧道工程、交通工程相关专业高校和科研机构科研人员参考。

目录1绪论11．1背景意义与国内外研究现状11．1．1背景意义11．1．2国内外发展现状和趋势31．2智慧矿隧安全风险预控技术平台关键技术251．3矿隧安全风险监测预控技术效益分析261．4本书内容架构28参考文献292矿隧事故风险监测预警与应急联动体系技术422．1突发事故风险监测预警技术发展现状422．1．1国内外突发事故风险预警与应急联动发展历程422．1．2我国突发事故风险与应急联动体系架构452．2智慧矿隧安全风险监测预控关键技术502．2．1智能传感器技术512．2．2移动通信技术522．2．3数据加密与认证技术522．2．4空间信息技术552．2．5物联网技术582．2．6云计算技术592．2．7大数据及挖掘分析技术622．2．8人工智能技术642．3矿隧安全风险监测预控与评估642．3．1矿山安全风险监测预控与评估642．3．2隧道安全风险监测预控与评估672．4智慧矿隧安全生产事故风险监测预控平台集成设计702．4．1智慧矿隧安全风险监测预控平台系统集成702．4．2设计依据标准702．4．3总体设计原则712．4．4硬件设计原则722．4．5软件设计原则722．4．6系统测试732．4．7系统维护732．5煤矿安全监测预控的预测算法732．5．1基于灰度学习和神经网络的瓦斯浓度时间序列预测752．5．2预测算法设计流程与评价分析752．5．3煤矿瓦斯浓度预测仿真实验782．6隧道安全风险监测预控的预测算法812．6．1智慧隧道项目概述812．6．2隧道监控量测目的822．6．3隧道安全风险监测预控需求分析822．6．4隧道瓦斯浓度预测仿真实验832．7神经网络组合模型瓦斯浓度预测方法862．7．1算法设计流程与评价指标862．7．2瓦斯浓度预测仿真实验882．7．3结论942．8本章小结94参考文献943煤矿采掘面瓦斯浓度海量数据预测技术1073．1煤矿瓦斯浓度海量数据预测技术背景与意义1083．2煤矿瓦斯浓度海量数据预测技术基础理论1093．2．1煤矿瓦斯监控系统传感器布置和数据采集1093．2．2煤矿瓦斯预测指标的确定和数据分析1103．2．3瓦斯浓度时间序列数据预处理1113．2．4瓦斯浓度时间序列的传统灰色预测模型1123．2．5长短期记忆神经网络1133．2．6小结1143．3煤矿采掘面瓦斯浓度序列改进灰色预测模型1143．3．1改进后的幂指数型灰色预测模型1143．3．2实验数据1163．3．3小结1193．4基于AdamGRU的煤矿采掘工作面瓦斯浓度序列预测1193．4．1小波降噪1193．4．2门控循环单元1203．4．3优化器的选择1213．4．4Dropout方法1233．4．5算法结构设计1233．4．6实验结果与分析1253．4．7小结1313．5本章小结131参考文献1324煤矿采掘面瓦斯浓度时间序列预测技术1354．1煤矿采掘面瓦斯浓度时间序列预测技术背景与意义1354．2时间序列技术1364．2．1时间序列简介1364．2．2时间序列数据的特点1364．2．3煤矿瓦斯浓度时间序列数据采集1374．3基于回归的时间序列预测模型1394．3．1回归分析1394．3．2ARMA模型及其衍生模型1414．3．3基于ARMA模型预测1434．4基于神经网络的时间序列预测模型1464．4．1深度学习1464．4．2基于梯度的优化1464．4．3神经网络中的层1474．4．4激活函数1494．4．5损失函数与优化器1504．4．6Dropout方法1504．4．7基于BP神经网络模型预测及误差分析1504．4．8基于CNNGRULSTM神经网络模型预测1524．5优化方法1654．5．1多目标优化算法1654．5．2Attention机制优化算法1674．5．3多元融合优化1704．6本章小结173参考文献1735煤矿采掘面瓦斯涌出量预测技术与方法1765．1煤矿采掘面瓦斯涌出量预测技术背景与意义1765．1．1瓦斯涌出量预测方法研究现状1765．1．2群智能优化算法研究现状1795．1．3煤矿安全技术1795．1．4关键技术问题与技术路线1795．2瓦斯涌出量影响因素分析与预测指标确定1825．2．1瓦斯涌出量影响因素分析1825．2．2瓦斯涌出量影响因素非线性特征分析1845．2．3瓦斯涌出量预测指标确定1865．2．4小结1875．3瓦斯涌出量影响因素的数据预处理1875．3．1瓦斯多参数时间序列预处理1885．3．2缺失值与异常值处理1885．3．3核主成分分析1895．3．4小结 1905．4孔雀优化算法瓦斯涌出量预测分析1915．4．1基于KALMAN滤波的减秩二乘估计1915．4．2POALSTM煤层瓦斯预测算法1935．4．3长短期记忆算法及其原理1955．4．4基于POALSTM预测方法1965．4．5实验对比与仿真分析1975．4．6小结1995．5麻雀搜索算法瓦斯涌出量预测分析2005．5．1基础理论2005．5．2CISSAELM预测模型建立2015．5．3模型预测结果2055．5．4小结2105．6本章小结210参考文献2116煤矿瓦斯安全风险管控信息平台集成与应用2156．1煤矿瓦斯安全风险预控信息平台工况与风险分析2156．1．1矿井通风及瓦斯2156．1．2煤层自燃、煤尘爆炸危险性2166．2瓦斯基础参数与瓦斯赋存规律2166．2．1吸附常数测定2166．2．2煤的孔隙率测定2176．2．3煤的工业分析2186．2．4瓦斯放散初速度测定2196．2．5镜质体反射率测定2196．2．6瓦斯含量测定2206．2．7瓦斯赋存规律2216．3矿井概况与系统平台设计需求2246．3．1系统设计目标和内容2256．3．2系统技术路线2266．4瓦斯涌出预警技术2276．4．1瓦斯涌出特征2276．4．2瓦斯涌出影响因素2276．4．3瓦斯涌出特征与突出危险性关系2326．4．4瓦斯涌出指标确定2366．5瓦斯监测预警信息化硬件系统建设2396．5．1瓦斯监测预警服务器2396．5．2瓦斯监测预警客户端2406．5．3新型WTC和瓦斯参数采集仪2406．5．4无线基站2416．5．5随钻轨迹测量系统2426．5．6瓦斯涌出异常分析仪2456．5．7网络平台搭建2476．6瓦斯事故灾害防控智能管理平台建设2476．6．1多级瓦斯地质分析系统2476．6．2瓦斯防治动态管理与分析系统2506．6．3瓦斯涌出动态分析预警系统2536．6．4瓦斯抽采钻孔管理系统2566．6．5瓦斯抽采信息管理平台2636．6．6吉林某煤矿瓦斯事故灾害防控管理平台2666．6．7安全监控系统综合平台2676．6．8短信发布平台2696．7运行情况与功能效果分析2696．7．1系统稳定性分析2696．7．2运行效果分析2706．8本章小结2817瓦斯隧道综合安全风险监测预控系统集成设计2837．1瓦斯隧道综合安全监测预控信息系统需求2837．1．1各子系统功能要求2867．1．2大屏幕显示系统2877．1．3人员定位系统2897．1．4瓦斯监测系统2927．1．5数字工业电视系统2947．1．6数字广播系统2957．2云服务器端和计算机端人机界面开发2967．3手机终端APP软件开发2997．4施工项目管理系统3077．4．1视频共享系统3077．4．2视频终端综合管理3077．4．3视频GIS地图管理3087．4．4图像报警处理模块3087．4．5道路管理系统3087．4．6道路基础信息管理3097．4．7道路GIS地图管理3097．4．8道路维修管理3097．4．9GPS车辆定位共享系统3107．5本章小结3128瓦斯隧道瓦斯检测与监测专项技术应用3138．1瓦斯隧道工况与风险分析3138．1．1工程地质情况3138．1．2该地区有毒有害气体分布情况3148．1．3瓦斯工区等级划分及确定方法3148．2瓦斯隧道瓦斯检测与监测专项技术编制依据3158．3瓦斯隧道瓦斯监测与检测方案3158．3．1瓦斯隧道瓦斯监测与检测3158．3．2瓦斯隧道瓦斯检测安全技术措施3208．3．3瓦斯隧道防爆措施3218．3．4瓦斯隧道瓦斯超限安全措施3238．3．5瓦斯隧道瓦斯监控组织机构3258．3．6瓦斯隧道瓦斯爆炸、中毒事故应急救援预案3258．4瓦斯隧道瓦斯监控安全责任制3328．4．1瓦斯隧道瓦斯检测各级责任制3328．4．2瓦斯隧道瓦斯检查制度3348．4．3瓦斯隧道瓦斯巡回检查和请示报告制度3348．4．4瓦斯隧道排放瓦斯管理制度3358．4．5瓦斯隧道安全监控管理制度3358．4．6瓦斯隧道通风瓦斯日报和安全监控日报审阅制度3368．4．7瓦斯隧道安全仪器仪表使用管理制度3378．4．8瓦斯隧道安全仪表计量检验制度3378．4．9瓦斯隧道便携式甲烷检测报警仪管理制度3378．4．10瓦斯隧道出入洞管理制度3388．5瓦斯隧道安全监控验收报告3388．5．1验收条件及依据3388．5．2验收要求及方法3428．6瓦斯隧道安全监控检查表3518．7本章小结3539瓦斯隧道海量安全风险监测预警关键技术应用3549．1瓦斯隧道海量安全风险监测预警技术工程背景与风险分析3549．1．1不良地质及特殊岩土3549．1．2隧道煤与瓦斯事故灾害监测参数3569．1．3隧道主体工程设计3569．1．4隧道附近煤层及瓦斯赋存特征3589．1．5煤层瓦斯参数3609．1．6煤与瓦斯区域突出危险性预测3619．1．7隧道工程总体风险评估3629．1．8隧道工程安全风险总体评估3629．1．9隧道工程安全风险专项风险评估3649．2瓦斯隧道海量安全风险监测预警系统设计标准3659．3瓦斯隧道海量安全风险监测预警系统技术路线3659．3．1隧道 “人工+自动”瓦斯监控及智能监测控制3669．3．2基于海量监测数据和深度神经网络的隧道瓦斯浓度序列预测应用3669．3．3基于海量监测数据的瓦斯事故灾害预测云平台系统集成3669．3．4区域隧道风险监测及预控体系一体化信息平台的软件系统应用3709．4瓦斯隧道海量安全风险监测预警系统设计方案3749．4．1监控室部分3759．4．2隧道内设备配置3759．5瓦斯隧道海量安全风险监测预警系统功能特点3769．5．1综合安全监测监控系统3769．5．2系统功能3769．5．3人员定位管理3789．5．4广播通信3799．5．5视频监控系统3809．5．6主要选配设备参数3819．6黎霍高速问腰隧道平面布置图3989．7本章小结39910瓦斯隧道施工防爆配电技术应用40010．1瓦斯隧道施工防爆配电技术工程背景与风险分析40010．1．1工程地质40010．1．2煤层瓦斯相关情况40010．2瓦斯隧道施工供电方案设计40110．2．1编制依据40110．2．2洞外供电方案40210．2．3洞内供电方案40210．3瓦斯隧道安全用电技术措施40610．3．1供电系统与隧道瓦斯监控系统联锁控制40610．3．2接地保护系统40610．3．3设置检漏继电器40610．3．4防雷接地40610．3．5备用电源40710．3．6洞内电气设备的设置原则40710．3．7安全用电防火措施40710．3．8电工及用电人员强制要求40810．4瓦斯隧道安全用电组织措施40910．5本章小结40911瓦斯隧道施工装备防爆改装技术应用41011．1瓦斯隧道施工装备防爆改装技术工程背景与风险分析41011．1．1工程地质概况41011．1．2瓦斯情况综合分析41111．2瓦斯隧道施工装备防爆改装编制依据41111．2．1相关法律、法规、规范性文件41111．2．2标准规范41211．2．3施工图设计文件及施工组织设计41211．3瓦斯隧道施工装备防爆改装施工计划41211．3．1主要材料配置计划41311．3．2主要设备配置计划41411．4瓦斯隧道施工工艺技术41511．4．1防爆机械设备配置方案41511．4．2机械设备防爆改装的目的41511．4．3机械设备防爆改装的要求41511．4．4机械设备防爆改装系统及原理41611．4．5防爆改装部件技术参数42311．5瓦斯隧道施工安全保证措施42911．5．1瓦斯隧道组织保障措施42911．5．2技术措施43011．5．3管理措施43111．6瓦斯隧道施工管理作业人员配备和分工43211．6．1主要管理人员43211．6．2特种作业人员43311．6．3其他作业人员43311．7瓦斯隧道防爆车辆改装验收要求43311．7．1验收资料准备43311．7．2验收人员及程序43311．7．3验收标准43311．7．4验收方法与使用仪器仪表43411．8瓦斯隧道应急处置措施43411．8．1应急体系建设43411．8．2应急处置43811．8．3应急预案44211．8．4应急保障45011．8．5应急演练45311．9本章小结45412瓦斯隧道施工通风监测预控技术应用45512．1瓦斯隧道施工通风监测预控技术背景与风险分析45512．1．1隧道简介45512．1．2瓦斯来源45512．1．3瓦斯影响分析45512．1．4施工段落划分45712．2瓦斯隧道施工通风监测预控技术方案设计45712．2．1设计目的45712．2．2设计依据45712．2．3适用范围45812．2．4编制原则45812．3瓦斯隧道施工通风监测预控技术施工组织计划45812．3．1通风管理组织机构及职责45812．3．2材料计划45912．3．3设备、仪器计划45912．4瓦斯隧道施工通风监测预控技术施工通风方案45912．4．1通风设计标准45912．4．2通风方式46012．4．3进口工区通风计算及设备选择46212．4．4通风计算及设备选择46512．4．5通风布置46912．4．6风速检测47312．4．7通风效果评价47412．5瓦斯隧道施工通风监测预控技术通风安全保障措施47612．5．1通风安全管理措施47612．5．2通风安全技术保证措施47712．6瓦斯隧道施工通风监测预控技术施工通风应急处置措施47812．7本章小结47913矿山修复治理工程采石场施工安全监测预控技术应用48013．1矿山修复治理工程施工安全监测预控技术项目背景与风险分析48013．1．1矿山修复治理工程施工现状48013．1．2矿山修复治理工程治理监测需求48013．1．3矿山修复治理工程环境监测技术集成48313．2矿山修复治理工程建设依据48413．2．1传输及设计标准48413．2．2标准规范48513．3矿山修复治理工程安全监测预控系统设计48613．3．1系统技术架构设计48613．3．2建设内容48813．3．3智慧工地数字化办公融合平台案例 51013．3．4安全环保数字化管理信息系统集成51313．4矿山生态修复治理工程安全预控一体化信息平台设计51313．5本章小结51414高速公路控制性节点地质灾害监测预控技术应用51614．1高速公路控制性节点地质灾害监测预控技术需求与风险分析51614．1．1地质构造与地形地貌51714．1．2区域水文地质概况51714．1．3不良地质路段情况51814．2高速公路控制性节点地质灾害监测预控技术现状51814．2．1安全风险监测预警与应急联动平台51914．2．2高原山地地质风险监测预警技术52014．2．3高速公路施工安全风险监测预警技术52114．3高速公路控制性节点地质灾害监测预控技术开发52214．3．1系统实施方案52214．3．2系统技术指标52414．4高速公路控制性节点地质灾害监测预控系统设计52514．4．1系统设计原则52514．4．2系统功能总框架52514．5高速公路控制性节点地质灾害和结构物安全风险监测系统设计52614．5．1系统的基本构成52614．5．2传感器子系统52614．5．3数据管理系统52714．5．4数据分析与预警系统52814．5．5监测系统集成52814．5．6数据管理分析后台52914．6高速公路控制性节点地质灾害监测预控系统模块功能53114．6．1总体功能设计53114．6．2首页53214．6．3项目管理功能模块53214．6．4预警管理功能模块53314．6．5设备管理功能模块53314．7高速公路控制性节点地质灾害监测预控系统集成53314．7．1 裂缝监测仪53314．7．2高清布控球53314．7．3系统功能设计与集成53414．8本章小结537参考文献537