Recherche sur un modèle profondément intégré pour l’optimisation structurelle dans la prédiction de la température de combustion spontanée du charbon

Summary

Ici, nous décrivons un protocole pour prédire la température de la combustion spontanée du charbon en utilisant un cadre CNN-LSTM-Attention optimisé pour SSA qui optimise automatiquement la structure et les paramètres du réseau, améliorant ainsi la précision, l’adaptabilité et la généralisation à travers des ensembles de données hétérogènes et des conditions minières variées.

Abstract

Ici, nous proposons un protocole pour la prédiction de la température de combustion spontanée du charbon, basé sur un cadre d’attention optimisé par l’algorithme de recherche de moineaux (SNC) pour la mémoire à court terme long (LSTM) optimisé par les réseaux neuronaux convolutionnels (SNC). Ce protocole répond aux limitations des architectures réseau fixes, à la généralisation restreinte et à la faible transférabilité couramment rencontrées dans les méthodes conventionnelles. Le cadre extrait les caractéristiques spatiales à l’aide de CNN et capture les dépendances temporelles avec les réseaux LSTM, tandis que le mécanisme d’attention met en évidence les phases critiques de température et les caractéristiques marquantes. La SSA optimise conjointement la profondeur du réseau et les hyperparamètres, permettant une adaptation dynamique à la diversité des complexités de données selon les sites miniers et les conditions expérimentales. Le protocole comprend l’acquisition de données, le prétraitement des fonctionnalités, la construction du modèle, l’optimisation des paramètres et les étapes de validation. Les résultats expérimentaux démontrent que le modèle proposé atteint une précision prédictive significativement supérieure sur des ensembles de données homogènes et maintient une performance de généralisation robuste sur des ensembles de données hétérogènes, ce qui le rend parfaitement adapté à la surveillance en temps réel de la température des mines de charbon et aux systèmes d’alerte précoce.

Introduction

Le charbon joue toujours un rôle dominant dans la structure énergétique chinoise. Cependant, lors du stockage, du transport et de l’exploitation minière, un chauffage spontané peut se produire, entraînant une combustion spontanée. Cela provoque souvent des incendies de mines, menaçant sérieusement la sécurité des mines et la vie des^travailleurs 1,2,3,4. Ainsi, une prévision précise des risques d’incendie des mines de charbon et de leurs variations de température est essentielle pour l’alerte précoce et la pr....

Protocol

1. Collecte de données sur la combustion spontanée du charbon

1. Assemblez le système d’oxydation de chauffage programmé au charbon de type air, incluant le système d’alimentation en gaz, l’unité de contrôle de température et les instruments d’analyse des gaz. Assurez-vous que toutes les connexions sont sécurisées, que les réglages de contrôle de température sont précis, et que le chromatographe en phase gazeuse ainsi que les autres dispositifs d’analyse sont entièrement calibrés.
2. Pèser 1000 g d’échantillon de charbon mélangé (conserver la forme originale en morceaux), homogénéiser soigneusement l’échantillon en uti....

Results

La stabilité du modèle a été validée à l’aide de quatre ensembles de données indépendants, démontrant une performance prédictive cohérente à travers différentes conditions géologiques. Cette section présente des résultats représentatifs et des évaluations de performance des expériences de combustion spontanée du charbon ainsi que du modèle d’attention SSA-CNN-LSTM proposé. Tout d’abord, les variations de multiples indicateurs de gaz collectées lors des ex.......

Discussion

Utilisez des blocs de charbon intacts ; Effectuez uniquement un nettoyage de surface après l’échantillonnage et doublez immédiatement le scellement pour éviter une exposition prolongée. Maintenez la conduite de gaz étanche avec le contrôle de débit constant (MFC), exécutez le chauffage programmé exactement comme indiqué dans le protocole, et calibrez le GC selon des normes certifiées. Acquérir les signaux de température et de gaz à intervalles fixes et synchroniser les horodatages (voir .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Vanne d’échantillonnage de gaz à 6 orifices et 2 positions avec actionneur universel	VICI Valco	EUDA-2C6UWT	raccords 1/16" ; des bâtons de 0,75 mm ; RS-232 ; Distance de 2"
Bateau d’échantillons d’alumine	MTI Corporation	EQ-CA-L50W40H20	>99,5 % Al2O3 ; 50 et plus de fois ; 40 et fois ; 20 mm
Logiciels de chromatographie	Agilent Technologies	OpenLab CDS	Acquisition/traitement des données
Échantillons de charbon (collectés sur le terrain)	Collecté en interne ou sur le terrain	N/A	Source détaillée dans Méthodes
CUDA / cuDNN	NVIDIA	https://developer.nvidia.com/cuda-zone	CUDA 11.x ; correspondance cuDNN
Mainframe DAQ	Keysight	DAQ970A	DMM à 6½ ; USB/LAN
Dessiccant (indicateur)	W.A. Hammond Drierite	23001	Sulfate de calcium ; 8 mailles ; 1 lb
Pompe à air à membrane	KNF	https://www.knf.com	Approvisionnement continu en air ; débit réglable
Blau de laboratoire FR	Rempart	KEL2 (série)	Conforme à la norme NFPA 2112
Chromatographe en phase gazeuse	Agilent Technologies	G3540A (Système 8890 GC)	système GC ; EPC ; jusqu’à 2 entrées / 4 détecteurs
Gants résistants à la chaleur	Ansell	43-113	Intermittent jusqu’à ~350 ° ; C
Air de haute pureté	Air Liquide / Airgas	https://www.airgas.com/solutions/specialty-gases/pure-gases/alphagaz	&ge ; Pureté à 99,99 %
IDE	JetBrains / Microsoft	https://www.jetbrains.com/pycharm/ ; https://code.visualstudio.com/download	PyCharm / VS Code
Filtres en ligne	Swagelok	https://www.swagelok.com/downloads/webcatalogs/en/ms-01-92.pdf	Éléments SS frittés 0.5&ndash ; 15 & micro ; m
Thermocouples de type K	OMEGA	https://www.omega.com	Type K (NiCr&ndash ; NiSi)
Contrôleur de débit massique (0 & ndash ; 200 sccm)	Alicat Scientific	MC-200SCCM-D	série MC ; ± ; (0,8 % rdg + 0,2 % FS)
Gaz d’étalonnage multicomposantes	Messer	https://specialtygases.messergroup.com/standard-gas-mixtures	Concentration personnalisée ; Certificat
Système d’exploitation	Microsoft	https://www.microsoft.com/en-us/software-download/windows11	Windows 11
Système d’exploitation	Canonique	https://ubuntu.com/download/desktop	Ubuntu LTS (22.04/24.04)
Tubulure PTFE/PFA	Swagelok	https://products.swagelok.com/en/all-products/hoses-flexible-tubing/ptfe-pfa-core-hose/c/716?clp=true	Résistante chimiquement ; 1/16&ndash ; 1/4 en OD
Python	Fondation Python Software	https://www.python.org/downloads/	Version 3.8
Bateau d’échantillons de quartz	MTI Corporation	EQ-QB-1017 (taille d’exemple)	~1200 ° ; Température de travail C
Lunettes de sécurité	3M	93506P1-DC (exemple)	Éclaboussures chimiques ; Options anti-brouillard
Tubes sans soudure en acier inoxydable	Swagelok	https://www.swagelok.com/downloads/webcatalogs/en/ms-01-181.pdf	316/316L ; 1/16&ndash ; 1/4 en OD
Tubages et raccords en acier inoxydable Ferrules	Swagelok	https://products.swagelok.com/en/all-products/fittings/tube-fittings-adapters/c/154?clp=true	316/316L ; Double virule
Régulateur de température	Eurotherm	3216	PID à boucle unique ; Rampes/alarmes programmables
TensorFlow	Google	https://www.tensorflow.org	Version 2.6
Module thermocouple USB	NI (Instruments Nationaux)	781314-01 (USB-TC01)	K/J/T ; Logiciels de journalisation
Débitmètre à surface variable (Visi-Float)	Dwyer Instruments	VFA-2-EC-SS (0.2&ndash ; 2 SCFH Air)	Plage à faible débit ; Lecture directe
GPU de station de travail	NVIDIA	900-1G136-2530-000 (Édition des Fondateurs)	GeForce RTX 4090, 24 Go GDDR6X (FE)