CN113027532B - 一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法，包括以下步骤：步骤1：数据收集；步骤2：节点捕捉；步骤3：节点定义；步骤4：循环判断；步骤5：来压判断；步骤6：生成结论，最终确定来压区间的时间范围，然后累加来压区间时间段内的推采距离，获得来压步距。本发明兼容利用定时采集和触发阈值采集系统的数据，保证了数据量大，且精炼有效，提高了矿压分析的准确性和效率；本发明管理与生产进度管理有机结合，利用系统软件可将矿压数据融入日常的统计上报，提高矿压的管理能力，有利于提高煤矿现场的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种挖掘来压信息的方法，特别涉及一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法，主要用于获取和分析综采工作面周期来压信息，指导综采工作面的矿压管理。
背景技术
综采工作面顶板受矿山压力作用，产生周期性断裂、冒落，由于部分煤矿缺乏对矿山压力的管理，冒顶和压架事故频发。单纯利用支架压力表或电液控压力计进行实时监测的方式，虽能直接反应当前综采支架的工作阻力或工作状态，但这些数据量太过庞大，不经过处理与挖掘，无法直接对矿山压力进行深度分析，造成数据多而无用、监测应用无效的情况。
当前利用物联网技术应用于支架工作阻力监测的数字压力表，已经能够实现高精度、高频次压力采集，运用数字压力表内嵌的触发阈值算法，可实现定时采集与触发式采集相结合的数据采集方式。从采集端过滤大部分无用的数据量，但对压力值变化期间的数据实现高频采集，实现了数据采集的精炼化，这种数据采集的方式更符合煤矿现场应用的需求。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法，包括以下步骤：
步骤1：数据收集
采用触发阈值采集的传感器收集各组液压支架工作阻力数据，按以下原则筛选、分析数据：
①要求同一传感器的数据采样频率不低于1次/min；
②提取监测数据并以连续的5分钟为一个判断周期；
③代入判断周期内的数据量≥5个进行步骤2；
若判断周期内的数据量＜5个则不进行判断；
④人工录入每日推采距离，后期调用；
步骤2：节点捕捉
①对于同一组液压支架，相邻两次压力值data前与data后，data前＞data后，且变化的绝对量大于data前的50%或大于10MPa时，执行节点捕捉；
②对于同一组液压支架，相邻两次压力值data前与data后，data前＜data后，且变化的绝对量大于data前的200%或大于10MPa时，执行节点捕捉；
③判断周期内执行循环判断，即data1与data2不满足节点捕捉条件时，data1与data3进行下一次判断，直至data1与判断周期内最后一个数据完成判断；
步骤3：节点定义
①循环结束点：各节点的最小值定义为循环结束点，即现场液压支架推拉过程的时间点；将此点所发生时间记录到数据库中为支架循环移架示意图做数据支撑；
②循环末阻力：取循环结束点以前10分钟内数据取平均值定义为循环末阻力；将此数值存入数据库为后期分析提供数据支撑；
③初撑力：循环结束点之后，在最小值之后5分钟监测数据内寻找具有上升趋势发生终止变化的拐点；此拐点捕捉为初撑力，如未出现拐点则在24-28MPa的区间内，选取任意数值作为初撑力；将此数值存入数据库为后期分析提供数据支撑；
步骤4：循环判断
①循环：自初撑力之后继续按照循环结束点方法进行数据判断，直至找到下一循环结束点，以相邻两循环结束点定义为一循环；将两拐点发生时刻存入数据库中；
②无效循环：若相邻两循环结束点时间间隔≤20分钟，则认为循环为无效循环；无效循环内不判断与记录“初撑力、循环末阻力”数值，记录无效循环数量、循环结束点时刻；
③工作阻力：自捕捉到的初撑力之后至循环结束点之间的数值定义为工作阻力；将其区间内数值存入数据库，后期需要对工作阻力进行统计；
步骤5：来压判断
①特殊值提取：计算日工作阻力值中的日平均工作阻力、日最大工作阻力、循环末阻力；
②加权平均值计算：计算工作阻力中的加权平均阻力，并统计日加权最大阻力；
③以日加权平均工作阻力与日加权最大阻力作为数据基础，分别判断极大值数据，作为来压判定标准；
④以相邻两个来压判定标准之间的时间作为来压时间；
⑤以来压时间段内推采距离作为来压步距；
步骤6：生成结论
①根据人工录入的推采距离，生成循环移架示意图；
②根据日加权平均工作阻力与日加权最大阻力的极大值，确定来压区间的时间范围；
③累加来压区间时间段内的推采距离，获得来压步距。
优选的，所述步骤3中初撑力的捕捉数值满足5MPa<初撑力<30MPa区间。
优选的，所述步骤5中日加权平均工作阻力=
，其中x1、x2…为连续5日/3日捕捉到的平均工作阻力数据，f1，f2，…，fn作为5日/3日对应的权重；连续5日权重分配：f1=0.05，f2=0.1，f3=0.7，f4=0.1，f5=0.05；连续3日权重分配：f1=0.1，f2=0.2，f3=0.7。
优选的，述步骤5中日加权最大工作阻力=
，其中x1、x2…为连续5日/3日捕捉到的最大工作阻力数据，f1，f2，…，fn作为5日/3日对应的权重；连续5日权重分配：f1=0.05，f2=0.1，f3=0.7，f4=0.1，f5=0.05；连续3日权重分配：f1=0.1，f2=0.2，f3=0.7。
与现有技术相比，本发明的有益之处为：
1、本发明兼容利用定时采集和触发阈值采集系统的数据，保证了数据量大，且精炼有效，提高了矿压分析的准确性和效率。
2、本发明管理与生产进度管理有机结合，利用系统软件可将矿压数据融入日常的统计上报，提高矿压的管理能力，有利于提高煤矿现场的安全。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明本方法的流程原理示意框图；
图2为本发明本方法的循环移架示意图；
图3为实施例1中判断来压区间的时间范围示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，为本发明流程原理示意框图，一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法，包括以下步骤：
步骤1：数据收集
某矿井采用触发阈值采集的传感器收集各组液压支架工作阻力数据，选取10天数据作为本次分析的原始数据。如下表所示：
按以下原则筛选、分析数据：
①要求同一传感器的数据采样频率不低于1次/min；
②提取监测数据并以连续的5分钟为一个判断周期；
③代入判断周期内的数据量≥5个进行步骤2；
若判断周期内的数据量＜5个则不进行判断；
④人工录入每日推采距离，后期调用；
步骤2：节点捕捉
①对于同一列液压支架，相邻两次压力值data前与data后，data前＞data后，且变化的绝对量大于data前的50%或大于10MPa时，执行节点捕捉；
②对于同一列液压支架，相邻两次压力值data前与data后，data前＜data后，且变化的绝对量大于data前的200%或大于10MPa时，执行节点捕捉；
③判断周期内执行循环判断，即data1与data2不满足节点捕捉条件时，data1与data3进行下一次判断，直至data1与判断周期内最后一个数据完成判断；
步骤3：节点定义
①循环结束点：各节点的最小值定义为循环结束点，即现场液压支架推拉过程的时间点；将此点所发生时间记录到数据库中为支架循环移架示意图做数据支撑；
②循环末阻力：取循环结束点以前10分钟内数据取平均值定义为循环末阻力；将此数值存入数据库为后期分析提供数据支撑；
③初撑力：循环结束点之后，在最小值之后5分钟监测数据内寻找具有上升趋势发生终止变化的拐点；此拐点捕捉为初撑力，（初撑力的捕捉数值满足5MPa<初撑力<30MPa区间），如未出现拐点则在24-28MPa的区间内，选取任意数值作为初撑力；将此数值存入数据库为后期分析提供数据支撑，如下表所示；
步骤4：循环判断
①循环：自初撑力之后继续按照循环结束点方法进行数据判断，直至找到下一循环结束点，以相邻两循环结束点定义为一循环；将两拐点发生时刻存入数据库中；
②无效循环：若相邻两循环结束点时间间隔≤20分钟，则认为循环为无效循环；无效循环内不判断与记录“初撑力、循环末阻力”数值，记录无效循环数量、循环结束点时刻；
③工作阻力：自捕捉到的初撑力之后至循环结束点之间的数值定义为工作阻力；将其区间内数值存入数据库，后期需要对工作阻力进行统计；
步骤5：来压判断
①特殊值提取：计算日工作阻力值中的日平均工作阻力、日最大工作阻力、循环末阻力，其中，日平均工作阻力是当日某支架的阻力数据平均，日最大工作阻力为当日某支架的阻力数据挑选的日最大工作阻力，循环末阻力参考步骤3；
②加权平均值计算：计算工作阻力中的加权平均阻力，并统计日加权最大阻力，具体如下：
由于煤矿生产的特殊性，存在过多人为干预因素，因此不可单单以当日数据作为当日判断依据，故引入加权计算方式，减少人为干预的影响，更能反映矿压显现的规律性；
以连续5日/3日的数据作为计算基础，提供两种加权计算方式进行加权计算；
以前两日，前一日，当日，后一日，后两日连续5日的权重，以前两日，前一日，当日连续3日的权重；
不够5日/3日的数据直接利用当日平均值与最大值；
日加权平均工作阻力的计算逻辑：
日加权平均工作阻力=
，其中x1、x2…为连续5日/3日捕捉到的平均工作阻力数据，f1，f2，…，fn作为5日/3日对应的权重；
连续5日权重分配：f1=0.05，f2=0.1，f3=0.7，f4=0.1，f5=0.05；
连续3日权重分配：f1=0.1，f2=0.2，f3=0.7；
日加权最大工作阻力的计算逻辑：
日加权最大工作阻力=
，其中x1、x2…为连续5日/3日捕捉到的最大工作阻力数据，f1，f2，…，fn作为5日/3日对应的权重；
连续5日权重分配：f1=0.05，f2=0.1，f3=0.7，f4=0.1，f5=0.05；
连续3日权重分配：f1=0.1，f2=0.2，f3=0.7；
③以日加权最大阻力作为数据基础，生成曲线，根据曲线趋势，判断极大值数据，两个极大值点之间的数据，作为来压区间；
④以相邻两个来压判定标准之间即相邻两个极大值的时间作为来压时间；
⑤以来压时间段内推采距离作为来压步距，本实案例中，推采距离为人工录入，是指来压时间内液压支架往前移动的距离，为每天生产一线统计的液压支架往前移动的距离，此处借用统计好的每天推采距离的统计；
步骤6：生成结论
①如图2所示，根据人工录入的推采距离，生成循环移架示意图；该图中，以时间为横坐标、支架编号顺序为纵坐标、形成回采面推采进度网格；
以循环末阻力值与回采进尺作为判定标准；
该网格中，以捕捉到的某次循环末阻力生成支架移动点阵，代表支架移动时的时空位置；
根据输入的回采进尺（回采刀数，一般为0.8m×刀数）判断支架移动（点阵平移生成下一列点阵）的次数；
此图可帮助用户统计与查询生产进度、管理支架；
②如图3所示，根据日加权最大阻力的极大值，确定来压区间的时间范围；
此处，连续n日的数据，生成曲线，提取n日区间的极大值，两个极大值之间的数据作为来压期间的数据；
③累加来压区间时间段内的推采距离，获得来压步距，具体为，统计来压区间的时长，累加该时长的日进尺数据，生成来压步距。
实施例2
有些现场数据可能存在采集问题或人员干预，造成最大值捕捉不准确时，此时，采用平均值寻找来压区间的时间范围和来压步距。
步骤1-4参考实施案例1，不再做赘述。
步骤5：来压判断
①特殊值提取：计算日工作阻力值中的日平均工作阻力、日最大工作阻力、循环末阻力，其中，日平均工作阻力是当日某支架的阻力数据平均，日最大工作阻力为当日某支架的阻力数据挑选的日最大工作阻力，循环末阻力参考步骤3；
②加权平均值计算：计算工作阻力中的加权平均阻力，具体如下：
由于煤矿生产的特殊性，存在过多人为干预因素，因此不可单单以当日数据作为当日判断依据，故引入加权计算方式，减少人为干预的影响，更能反映矿压显现的规律性；
以连续5日/3日的数据作为计算基础，提供两种加权计算方式进行加权计算；
以前两日，前一日，当日，后一日，后两日连续5日的权重，以前两日，前一日，当日连续3日的权重；
不够5日/3日的数据直接利用当日平均值；
日加权平均工作阻力的计算逻辑：
日加权平均工作阻力=
，其中x1、x2…为连续5日/3日捕捉到的平均工作阻力数据，f1，f2，…，fn作为5日/3日对应的权重；
连续5日权重分配：f1=0.05，f2=0.1，f3=0.7，f4=0.1，f5=0.05；
连续3日权重分配：f1=0.1，f2=0.2，f3=0.7；
③以日加权平均工作阻力作为数据基础，生成曲线，根据曲线趋势，判断极大值点数据，两个极大值点之间的数据，作为来压区间，也可称为来压判定标准；
④以相邻两个来压判定标准之间即相邻两个极大值的时间作为来压时间；
⑤以来压时间段内推采距离作为来压步距，本实案例中，推采距离为人工录入，是指来压时间内液压支架往前移动的距离，为每天生产一线统计的液压支架往前移动的距离，此处借用统计好的每天推采距离的统计；
步骤6：生成结论
①如图2所示，根据人工录入的推采距离，生成循环移架示意图；该图中，以时间为横坐标、支架编号顺序为纵坐标、形成回采面推采进度网格；
以循环末阻力值与回采进尺作为判定标准；
该网格中，以捕捉到的某次循环末阻力生成支架移动点阵，代表支架移动时的时空位置；
根据输入的回采进尺（回采刀数，一般为0.8m×刀数）判断支架移动（点阵平移生成下一列点阵）的次数；
此图可帮助用户统计与查询生产进度、管理支架；
②如图3所示，根据日加权平均工作阻力的极大值，确定来压区间的时间范围；
此处，连续n日的数据，生成曲线，提取n日区间的极大值，两个极大值之间的数据作为来压期间的数据；
③累加来压区间时间段内的推采距离，获得来压步距，具体为，统计来压区间的时长，累加该时长的日进尺数据，生成来压步距。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：数据收集
采用触发阈值采集的传感器收集各列液压支架工作阻力数据，按以下原则筛选、分析数据：
①要求同一传感器的数据采样频率不低于1次/min；
②提取监测数据并以连续的5分钟为一个判断周期；
③代入判断周期内的数据量≥5个进行步骤2；
若判断周期内的数据量＜5个则不进行判断；
④人工录入每日推采距离，后期调用；
步骤2：节点捕捉
①对于同一列液压支架，相邻两次压力值data前与data后，data前＞data后，且变化的绝对量大于data前的50%或大于10MPa时，执行节点捕捉；
②对于同一列液压支架，相邻两次压力值data前与data后，data前＜data后，且变化的绝对量大于data前的200%或大于10MPa时，执行节点捕捉；
③判断周期内执行循环判断，即data1与data2不满足节点捕捉条件时，data1与data3进行下一次判断，直至data1与判断周期内最后一个数据完成判断；
步骤3：节点定义
①循环结束点：各节点的最小值定义为循环结束点，即现场液压支架推拉过程的时间点；将此点所发生时间记录到数据库中为支架循环移架示意图做数据支撑；
②循环末阻力：取循环结束点以前10分钟内数据取平均值定义为循环末阻力；将此数值存入数据库为后期分析提供数据支撑；
③初撑力：循环结束点之后，在最小值之后5分钟监测数据内寻找具有上升趋势发生终止变化的拐点；此拐点捕捉为初撑力，如未出现拐点则在24-28MPa的区间内，选取任意数值作为初撑力；将此数值存入数据库为后期分析提供数据支撑；
步骤4：循环判断
①循环：自初撑力之后继续按照循环结束点方法进行数据判断，直至找到下一循环结束点，以相邻两循环结束点定义为一循环；将两拐点发生时刻存入数据库中；
②无效循环：若相邻两循环结束点时间间隔≤20分钟，则认为循环为无效循环；无效循环内不判断与记录“初撑力、循环末阻力”数值，记录无效循环数量、循环结束点时刻；
③工作阻力：自捕捉到的初撑力之后至循环结束点之间的数值定义为工作阻力；将其区间内数值存入数据库，后期需要对工作阻力进行统计；
步骤5：来压判断
①特殊值提取：计算日工作阻力值中的日平均工作阻力、日最大工作阻力、循环末阻力；
②加权平均值计算：计算工作阻力中的加权平均阻力，并统计日加权最大阻力；
③以日加权平均工作阻力与日加权最大阻力作为数据基础，分别判断极大值数据，作为来压判定标准；
④以相邻两个来压判定标准之间的时间作为来压时间；
⑤以来压时间段内推采距离作为来压步距；
步骤6：生成结论
①根据人工录入的推采距离，生成循环移架示意图；
②根据日加权平均工作阻力与日加权最大阻力的极大值，确定来压区间的时间范围；
③累加来压区间时间段内的推采距离，获得来压步距。
2.根据权利要求1所述的一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法，其特征在于：所述步骤3中初撑力的捕捉数值满足5MPa<初撑力<30MPa区间。
3.根据权利要求1所述的一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法，其特征在于：所述步骤5中日加权平均工作阻力=
，其中x1、x2…为连续5日/3日捕捉到的平均工作阻力数据，f1，f2，…，fn作为5日/3日对应的权重；连续5日权重分配：f1=0.05，f2=0.1，f3=0.7，f4=0.1，f5=0.05；连续3日权重分配：f1=0.1，f2=0.2，f3=0.7。
4.根据权利要求1所述的一种基于综采支架工作阻力数据挖掘来压信息的方法，其特征在于：所述步骤5中日加权最大工作阻力=
，其中x1、x2…为连续5日/3日捕捉到的最大工作阻力数据，f1，f2，…，fn作为5日/3日对应的权重；连续5日权重分配：f1=0.05，f2=0.1，f3=0.7，f4=0.1，f5=0.05；连续3日权重分配：f1=0.1，f2=0.2，f3=0.7。
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2021
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Denomination of invention: A Method for Mining Pressure Information Based on the Working Resistance Data of Fully Mechanized Mining Supports Effective date of registration: 20230608 Granted publication date: 20230124 Pledgee: Postal Savings Bank of China Co.,Ltd. Tai'an Mount Taishan District Sub branch Pledgor: SHANDONG SUCCEED MINING SAFETY ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2023980043214 |
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