CN109653779A - 一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，包括：采集一段时间内的综采工作面液压支架载荷及其对应的时间，绘制液压支架载荷随时间变化的实测曲线；将实时采集到的支架载荷以其初撑力为起点，以每隔5‑8个数据为滑动拟合窗口，以1‑5个数据为窗口移动步长，逐次沿时间轴向后滑动；采用线性、指数及对数函数分别计算滑动拟合窗口内的数据拟合优度，以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测，通过窗口的滑动实现液压支架载荷的动态预测。本发明是一种准确、可靠的液压支架载荷短期预测方法。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法。
背景技术
液压支架载荷是综采工作面覆岩运动的直接体现。在煤层开采后，综采工作面顶板发生周期性破断，破断岩块相互铰接形成暂时稳定的结构，承担部分上覆岩层载荷。当该结构失稳后，由于承载能力降低，导致液压支架载荷迅速增加，引发上覆岩层裂隙进一步向上方扩展，并成为顶板水和瓦斯的涌出通道。因此，液压支架载荷的异常变化是煤矿顶板、水以及瓦斯灾害的重要前兆信息。
随着传感器及电子信息的快速发展，我国大部分煤矿已经采用综采工作面液压支架载荷在线监测系统，收集了海量液压支架压力数据。但受煤矿井下地质条件复杂多变，综采工作面推进速度快慢不一、支架工况良莠不齐等因素影响，目前尚缺乏有效的液压支架载荷预测方法，导致现有的数据分析主要用于来压步距、来压强度、支载系数等矿压规律研究以及液压支架适应性评价方面，发挥的主要是“事后诸葛亮”作用。因此，有必要开发一种准确、可靠的液压支架载荷预测方法，实现顶板来压短期预测和预报，为综采工作面各类灾害防治和围岩控制提供依据，保障工作面的安全、高效回采。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，包括：
采集一段时间内的综采工作面液压支架载荷及其对应的时间，绘制液压支架载荷随时间变化的实测曲线；
将实时采集到的支架载荷以其初撑力为起点，以每隔5-8个数据为滑动拟合窗口，以1-5个数据为窗口移动步长，逐次沿时间轴向后滑动；
采用线性、指数及对数函数分别计算滑动拟合窗口内的数据拟合优度，以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测，通过窗口的滑动实现液压支架载荷的动态预测。
本发明公开了综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，采集一段时间内的综采工作面液压支架载荷及其对应的时间，绘制液压支架载荷随时间变化的实测曲线；将实时采集到的支架载荷以其初撑力为起点，以每隔5-8个数据为滑动拟合窗口，以1-5个数据为窗口移动步长，逐次沿时间轴向后滑动；采用线性、指数及对数函数分别计算滑动拟合窗口内的数据拟合优度，以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测，通过窗口的滑动实现液压支架载荷的动态预测。因此，本发明是一种准确、可靠的液压支架载荷短期预测方法。为综采工作面各类灾害防治和围岩控制提供依据，保障工作面的安全、高效回采。
附图说明
图1为本发明示例性实施的一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法的流程示意图；
图2为本发明示例性实施例的液压支架载荷随时间变化的实测曲线；
图3为本发明示例性实施例的以6个数据为拟合窗口，以1个数据为移动步长的拟合示意图；
图4为本发明示例性实施例的另一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法的流程示意图；
图5为本发明示例性实施例的载荷最优预测示意图；
图6为本发明示例性实施例的实时采集支架载荷与时间关系曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，包括：
S100、采集一段时间内的综采工作面液压支架载荷及其对应的时间，设每个液压支架实测载荷为Pi，以时间t为横坐标，以Pi为纵坐标，绘制液压支架载荷随时间变化的实测曲线，其中，液压支架载荷随时间变化的实测曲线如图2所示。
其中，在采集一段时间内的综采工作面液压支架的工作参数时，包括：
剔除由于传感器故障或受干扰产生的0支架载荷数据、以及高于液压支架额定载荷50％的支架载荷数据。
其中，将实测曲线的初撑力和循环末阻力作为周期性变化的特征，将实测曲线进行划分。
步骤S200、将实时采集到的支架载荷以其初撑力为起点，以每隔5-8个数据为滑动拟合窗口，以1-5个数据为窗口移动步长，逐次沿时间轴向后滑动。其中，图3为以6个数据为拟合窗口，以1个数据为移动步长的拟合示意图。
步骤S300、采用线性、指数及对数函数分别计算滑动拟合窗口内的数据拟合优度，以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测，通过窗口的滑动实现液压支架载荷的动态预测。
作为一优选实施方式，在采用线性、指数及参对数函数分别计算滑动拟合窗口内的数据拟合优度时，拟合分析所用的函数公式包括：
对数拟合公式：f1(t)＝a1+b1×ln(t+c1)；
其中，
线性拟合公式：f2(t)＝a2+b2×t；
其中，
指数拟合公式：
其中，
其中，Pi为实测支架载荷；f1(t)、f2(t)、f3(t)为支架载荷拟合值；a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c3为表示拟合参数；为拟合优度。
进一步的，如图4所示，在以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测时，包括：
S401、计算数据拟合窗口内实测数据与线性、指数及对数三种函数的拟合优度；
S402、比较线性、指数及对数三种函数与实测数据之间的拟合优度值的大小，以拟合优度最大值所对应的函数作为预测方程对支架载荷进行预测。
例如，比较三次拟合后得到的拟合优度以最大值对应的函数类型fn(t)(n＝1，2，3)作为预测方程，进行支架载荷预测，最优预测示意图如图5所示。
作为一优选实施方式，在以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测后，还包括：
当对一个采煤循环内液压支架载荷进行预测结束后，将下一次实时采集的支架载荷以其初撑力为起点，开始下一次循环内支架载荷的预测。
例如，如图6所示，以S为窗口移动步长，当实测数据达到N+S时，拟合窗口沿时间轴向后滑动，采用上述三种函数分别对新窗口内的N个数据再次进行拟合，并计算拟合优度，取拟合优度最大值对应的函数进行再次预测，并修正前一次预测结果。每增加S个数据进行一次重新拟合和预测，实现支架载荷动态预测。其中，S的取值范围为1-5；N的取值范围5-8。
基于上述如图1、2、3、4所示方法，相应的，本发明实施例还提供了一种存储设备，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述如图1、2、3、4所示的一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的预测方法。
基于上述如图1、2、3、4所示方法，为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的预测方法，该实体装置包括存储设备和处理器；存储设备，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1、2、3、4、所示的一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的预测方法。
本发明公开了一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，采集一段时间内的综采工作面液压支架载荷及其对应的时间，绘制液压支架载荷随时间变化的实测曲线；将实时采集到的支架载荷以其初撑力为起点，以每隔5-8个数据为滑动拟合窗口，以1-5个数据为窗口移动步长，逐次沿时间轴向后滑动；采用线性、指数及对数函数分别计算滑动拟合窗口内的数据拟合优度，以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测，通过窗口的滑动实现液压支架载荷的动态预测。因此，本发明是一种准确、可靠的液压支架载荷短期预测方法。为综采工作面各类灾害防治和围岩控制提供依据，保障工作面的安全、高效回采。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (7)
1.一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，其特征在于，包括：
采集一段时间内的综采工作面液压支架载荷及其对应的时间，绘制液压支架载荷随时间变化的实测曲线；
将实时采集到的支架载荷以其初撑力为起点，以每隔5-8个数据为滑动拟合窗口，以1-5个数据为窗口移动步长，逐次沿时间轴向后滑动；
采用线性、指数及对数函数分别计算滑动拟合窗口内的数据拟合优度，以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测，通过窗口的滑动实现液压支架载荷的动态预测。
2.根据权利要求1所述的一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，其特征在于，在将实时采集到的支架载荷以其初撑力为起点时，包括：
剔除实时采集到的支架载荷中的由于传感器故障或受干扰产生的0支架载荷数据、以及高于液压支架额定载荷50％的支架载荷数据。
3.根据权利要求1所述的一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的预测方法，其特征在于，在采用线性、指数及对数函数分别计算滑动拟合窗口内的数据拟合优度时，拟合分析所用的函数公式包括：
对数拟合公式：f1(t)＝a1+b1×ln(t+c1)；
其中，
线性拟合公式：f2(t)＝a2+b2×t；
其中，
指数拟合公式：
其中，
其中，Pi为实测支架载荷；f1t、f2t、f3(t)为支架载荷拟合值；a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c3为表示拟合参数；为拟合优度。
4.根据权利要求3所述的一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，其特征在于，在以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测时，包括：
计算数据拟合窗口内实测数据与对数、指数及线性函数之间的拟合优度；
比较实测数据与对数、指数及线性三种函数的拟合优度值的大小，以拟合优度最大值所对应的函数作为预测方程对支架载荷进行预测。
5.根据权利要求1所述的一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，其特征在于，在以拟合优度最大值所对应的函数进行支架载荷预测后，还包括：
当对一个采煤循环内液压支架载荷进行预测结束后，将下一次实时采集的支架载荷以其初撑力为起点，开始下一次循环内支架载荷的预测。
6.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法。
7.一种综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至5任一项所述的综采工作面采煤循环内液压支架载荷的动态预测方法。
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