CN110929384A - 一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统及方法，属于煤矿矿压技术领域，本发明系统包括数据接收模块、支架循环确定模块、支架有效工作阻力提取模块、来压分析模块。本发明针对所获得的最典型的工作面矿压大数据，进行数据挖掘，确定支架工作循环，计算每个支架工作循环内的初撑力及末阻力，沿工作面倾向长方向划分区域，计算每个区域内末阻力，通过来压判别标准值及复合比较法对工作面来压划分，得出工作面顶板来压线，绘制单支架及区域来压概化图及优化图，进行工作面周期来压参数分析，自动生成矿压分析报表，充分利用了大数据资源，矿压分析及时准确。
Description
技术领域
本发明属于煤矿矿压技术领域，具体涉及一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统及方法。
背景技术
近年来，在工作面自动化，信息化的推动下，综采工作面安全性和生产效率得到了很大的提升。但是综采工作面因顶板矿压作用，冒顶，压架等事故仍不时发生，用于测量综采工作面矿压的液压支架工作阻力监测设备日趋智能化，基于电液控制液压支架的非测站式支架工作阻力监测系统，数据量大，工作面支架工作阻力监测已经进入大数据时代，由于监测到的数据极大部分为无效数据，挖掘提取对采煤生产有实际意义的矿压知识意义重大。
由于矿压监测分站每6s采集一个数，一台支架一天的数据量就达到14400条，对于海量的支架工作阻力监测数据，目前并没有有效的手段进行深度的挖掘分析，传统的人工分析工作量巨大，效率低下，耗时多，无法及时指导生产，对监测到的大量数据资源没有有效利用。因此，充分利用数据资源，实时分析工作面矿压规律，并及时提供分析结果指导生产，是煤矿安全生产亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，包括数据接收模块、支架工作循环确定模块、支架有效工作阻力提取模块和来压分析模块；
数据接收模块，被配置为用于进行支架工作阻力监测数据录入和生产信息录入；
支架工作循环确定模块，被配置为用于进行数据处理、支架工作循环识别、提取移架时间点、移架路线拟合、计算进尺、进行支架工作循环一级筛选验证和支架工作循环二级筛选验证；
支架有效工作阻力提取模块，被配置为用于进行提取单支架初撑力和循环末阻力、初撑力评价、划分区域和区域末阻力；
来压分析模块，被配置为用于进行支架来压划分、生成支架来压周期来压概化图和优化图、进行来压参数分析、生成矿压分析报表。
优选地，数据接收模块的数据来源，由矿压监测系统直接录入或者通过第三方接口导入。
优选地，生产信息录入包括工作面信息录入、支架信息录入、传感器信息录入和分析指标参数录入。
优选地，数据处理，是指将监测系统监测的单个支柱压力值转化为支架整架压力，简称支架压力值，支架压力值通过最小阈值判别和负、正相关变化识别方法，进行支架工作循环识别；
负、正相关变化识别方法，是指首先设置一个支架移架时间限，当工作面监测到支架工作阻力在支架移架时间限内出现负、正相关交替变化时，默认为工作面开始升架或降架；当两种识别方法同时满足时，以最小阈值判别方法为准；
移架时间点，是指从压力-时间变化规律中提取负、正相关交替变化或压力阈值节点的时间点；
移架路线拟合，是指通过机器学习中的相关聚类算法，对移架数据进行直线拟合；
计算进尺，是指通过班次进尺数据与拟合割刀数据，计算出原始压力数据发生时的推进进尺；
支架工作循环一级筛选验证，是指对人工或者其他原因造成的多余循环合并处理，缺失循环采用纵、横自动比较插值补齐；
支架工作循环二级筛选验证，是指通过录入实际生产班次表中的推进进尺对拟合得到的循环进行修正。
优选地，提取单支架初撑力，是指在每一个支架工作循环内通过的压力变化率，即压力与时间或压力自身变化率；
循环末阻力提取，是指通过在支架循环结束点开始，向后设置时间限和最大值挑选；
区域划分，是指沿工作面布置方向，将来压特征规律相近的支架划分在同一个区域内，将工作面划分为若干区域；
区域末阻力，是指通过对所划分区域内的支架每一个循环内的末阻力，经加权平均或突出大压算法和原则得到。
优选地，支架划分，是指采用来压判别标准值法，对单个支架进行来压划分，生成工作面顶板来压线和单支架顶板周期来压概化图；再采用复合比较法生成周期来压优化图；后对区域进行同样操作，分别生成区域周期来压概化图和优化图；
来压参数分析，是指通过提取来压开始时间和结束时间、来压位置和结束位置，计算工作面参数；
矿压分析报表，是指是整合所有分析结果，自动生成汇报结果文本。
此外，本发明还提到一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析方法，该方法采用如上所述的一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，包括如下步骤：
步骤1：通过数据接收模块，对所获得的工作面矿压数据，进行数据挖掘；
步骤2：通过支架工作循环确定模块，进行数据处理、支架工作循环识别、提取移架时间点、拟合出移架路线、计算进尺、进行支架工作循环一级筛选验证和支架工作循环二级筛选验证；
步骤3：通过支架有效工作阻力提取模块，提取每个支架工作循环内的初撑力及末阻力，对工作面全部支架初撑力汇总后进行评价，沿工作面倾向长方向划分区域，提取每个区域内末阻力；
步骤4：通过来压分析模块，采用来压判别标准值法，对单个支架进行来压划分，生成工作面顶板来压线和单支架顶板周期来压概化图；采用复合比较法生成周期来压优化图；后对区域进行同样操作，分别生成区域周期来压概化图和优化图；对来压参数进行分析，生成矿压分析报表。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明针对所获得的最典型的工作面矿压大数据，进行数据挖掘，确定支架工作循环，计算每个支架工作循环内的初撑力及末阻力，沿工作面倾向长方向划分区域，计算每个区域内末阻力，通过来压判别标准值及复合比较法对工作面来压划分，得出工作面顶板来压线，绘制单支架及区域来压概化图及优化图，进行工作面周期来压参数分析，自动生成矿压分析报表，充分利用了大数据资源，矿压分析及时准确。
附图说明
图1为基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统结构图。
图2为支架工作循环确定流程图。
图3为工作面动架时刻图。
图4为支架有效工作阻力提取流程图。
图5为来压分析流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，包括数据接收模块、支架工作循环确定模块、支架有效工作阻力提取模块和来压分析模块；
数据接收模块，被配置为用于进行支架工作阻力监测数据录入和生产信息录入；生产信息录入包括工作面信息录入、支架信息录入、传感器信息录入和分析指标参数录入。
支架工作循环确定模块，被配置为用于进行数据处理、支架工作循环识别、提取移架时间点、移架路线拟合、计算进尺、进行支架工作循环一级筛选验证和支架工作循环二级筛选验证。
支架工作循环确定流程如图2所示。
数据处理是将监测系统监测的单个支柱压力值转化为支架整架压力，简称支架压力值，支架压力值通过最小阈值判别和负、正相关变化识别方法，进行支架工作循环识别。所述负、正相关变化识别方法是首先设置一个支架移架时间限，当工作面监测到支架工作阻力在移架限内出现负、正相关交替变化时，默认为工作面开始升架或降架。当两种识别方法同时满足时，以最小阈值方法识别为准。所述移架时间点是从压力-时间变化规律中提取负、正相关交替变化或压力阈值节点的时间点。所述移架路线拟合是通过机器学习中的相关聚类算法，对移架数据进行直线拟合，效果如图3所示。
所述计算进尺是通过班次进尺数据与拟合割刀数据，计算出原始压力数据发生时的推进进尺。所述支架工作循环一级筛选验证是对人工等原因造成的多余循环合并处理，缺失循环采用纵、横自动比较插值补齐。所述的支架工作循环二级筛选验证是通过录入实际生产班次表中的推进进尺对拟合得到的循环进行修正。
支架有效工作阻力提取模块，被配置为用于进行提取单支架初撑力和循环末阻力、初撑力评价、划分区域和区域末阻力；
支架有效工作阻力提取流程如图4所示。
提取单支架初撑力是在每一个支架工作循环内通过的压力变化率，即压力与时间或压力自身变化率，以压力自身变化率为实施例，首先在确定的人工定义的初撑力时间限内，从循环的起始时间开始，每3个压力值为一组，以这3个值的均方差表示应力变化率，均方差大表示压力变化率大，说明支架处于初撑过程；当均方差小时，说明压力变化率变化平缓，支架进入稳定承载阶段。通过设置初撑阶段和稳定承载阶段的临界均方差区分这两种状态，当某组的均方差小于临界均方差，以该组第一个压力值作为初撑力。所述循环末阻力提取是通过在支架循环结束点开始，向后设置时间限和最大值挑选。所述区域划分是沿工作面布置方向，将来压特征规律相近的支架划分在同一个区域内，将工作面划分为若干区域。所述区域末阻力是通过对所划分区域内的支架每一个循环内的末阻力，经加权平均或突出大压等算法和原则得到的。
来压分析模块，被配置为用于给出单架及区域顶板来压线，对支架处顶板来压进行划分、生成顶板周期来压概化图和优化图，对来压参数进行分析，生成矿压分析报表。
来压分析流程如图5所示。
所述支架划分是先对单个支架采用来压判别标准值进行来压划分，生成工作面顶板来压线，单支架顶板周期来压概化图，再采用复合比较法生成周期来压优化图，后对区域进行同样操作，分别生成区域周期来压概化图，优化图。
所述来压参数分析是通过提取来压开始时间和结束时间、来压位置和结束位置，计算工作面参数，如显著运动步距、稳定运动步距、周期来压步距、来压强度、动载系数。所述矿压分析报表是整合所有分析结果，自动生成汇报结果文本。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，其特征在于：包括数据接收模块、支架工作循环确定模块、支架有效工作阻力提取模块和来压分析模块；
数据接收模块，被配置为用于进行支架工作阻力监测数据录入和生产信息录入；
支架工作循环确定模块，被配置为用于进行数据处理、支架工作循环识别、提取移架时间点、移架路线拟合、计算进尺、进行支架工作循环一级筛选验证和支架工作循环二级筛选验证；
支架有效工作阻力提取模块，被配置为用于进行提取单支架初撑力和循环末阻力、初撑力评价、划分区域和区域末阻力；
来压分析模块，被配置为用于进行支架来压划分、生成支架来压周期来压概化图和优化图、进行来压参数分析、生成矿压分析报表。
2.根据权利要求1所述的基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，其特征在于：数据接收模块的数据来源，由矿压监测系统直接录入或者通过第三方接口导入。
3.根据权利要求1所述的基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，其特征在于：生产信息录入包括工作面信息录入、支架信息录入、传感器信息录入和分析指标参数录入。
4.根据权利要求1所述的基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，其特征在于：
数据处理，是指将监测系统监测的单个支柱压力值转化为支架整架压力，简称支架压力值，支架压力值通过最小阈值判别和负、正相关变化识别方法，进行支架工作循环识别；
负、正相关变化识别方法，是指首先设置一个支架移架时间限，当工作面监测到支架工作阻力在支架移架时间限内出现负、正相关交替变化时，默认为工作面开始升架或降架；当两种识别方法同时满足时，以最小阈值判别方法为准；
移架时间点，是指从压力-时间变化规律中提取负、正相关交替变化或压力阈值节点的时间点；
移架路线拟合，是指通过机器学习中的相关聚类算法，对移架数据进行直线拟合；
计算进尺，是指通过班次进尺数据与拟合割刀数据，计算出原始压力数据发生时的推进进尺；
支架工作循环一级筛选验证，是指对人工或者其他原因造成的多余循环合并处理，缺失循环采用纵、横自动比较插值补齐；
支架工作循环二级筛选验证，是指通过录入实际生产班次表中的推进进尺对拟合得到的循环进行修正。
5.根据权利要求1所述的基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，其特征在于：
提取单支架初撑力，是指在每一个支架工作循环内通过的压力变化率，即压力与时间或压力自身变化率；
循环末阻力提取，是指通过在支架循环结束点开始，向后设置时间限和最大值挑选；
区域划分，是指沿工作面布置方向，将来压特征规律相近的支架划分在同一个区域内，将工作面划分为若干区域；
区域末阻力，是指通过对所划分区域内的支架每一个循环内的末阻力，经加权平均或突出大压算法和原则得到。
6.根据权利要求1所述的基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，其特征在于：
支架划分，是指采用来压判别标准值法，对单个支架进行来压划分，生成工作面顶板来压线和单支架顶板周期来压概化图；再采用复合比较法生成周期来压优化图；后对区域进行同样操作，分别生成区域周期来压概化图和优化图；
来压参数分析，是指通过提取来压开始时间和结束时间、来压位置和结束位置，计算工作面参数；
矿压分析报表，是指是整合所有分析结果，自动生成汇报结果文本。
7.一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种基于综采工作面的矿压大数据实时分析系统，包括如下步骤：
步骤1：通过数据接收模块，对所获得的工作面矿压数据，进行数据挖掘；
步骤2：通过支架工作循环确定模块，进行数据处理、支架工作循环识别、提取移架时间点、拟合出移架路线、计算进尺、进行支架工作循环一级筛选验证和支架工作循环二级筛选验证；
步骤3：通过支架有效工作阻力提取模块，提取每个支架工作循环内的初撑力及末阻力，对工作面全部支架初撑力汇总后进行评价，沿工作面倾向长方向划分区域，提取每个区域内末阻力；
步骤4：通过来压分析模块，采用来压判别标准值法，对单个支架进行来压划分，生成工作面顶板来压线和单支架顶板周期来压概化图；采用复合比较法生成周期来压优化图；后对区域进行同样操作，分别生成区域周期来压概化图和优化图；对来压参数进行分析，生成矿压分析报表。
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