[發(fā)明專利]煤礦智能化綜采工作面頂板來壓預(yù)測方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010510637.0
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111678683B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程敬義;閆萬梓;孫鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/00
• 分類號(hào): G01M13/00;G01N3/36;G01N3/04;G06K9/62
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 張斌

1.一種煤礦智能化綜采工作面頂板來壓預(yù)測方法，其特征在于：包括如下步驟：

S10：選取煤礦綜采工作面支架的多因次工作循環(huán)特征參數(shù)對(duì)工作面來壓進(jìn)行預(yù)測，并根據(jù)多因次工作循環(huán)特征參數(shù)生成目標(biāo)訓(xùn)練集；

S20：根據(jù)決策樹算法對(duì)訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練生成決策樹A，由所述決策樹A對(duì)前一個(gè)工作循環(huán)的礦壓顯現(xiàn)程度進(jìn)行預(yù)測，并得到前一個(gè)工作循環(huán)的不同等級(jí)的礦壓顯現(xiàn)程度，其中訓(xùn)練集屬于目標(biāo)訓(xùn)練集；

S30：以前一個(gè)工作循環(huán)的多因次工作循環(huán)特征參數(shù)作為訓(xùn)練集并結(jié)合決策樹算法生成決策樹B，由所述決策樹B對(duì)當(dāng)前工作循環(huán)的礦壓顯現(xiàn)程度進(jìn)行預(yù)測，并得到當(dāng)前工作循環(huán)的不同等級(jí)的礦壓顯現(xiàn)程度，其中訓(xùn)練集屬于目標(biāo)訓(xùn)練集；

S40：根據(jù)步驟S30中當(dāng)前工作循環(huán)的不同等級(jí)的礦壓顯現(xiàn)程度并結(jié)合決策樹算法生成決策樹C，由所述決策樹C對(duì)工作面整體的來壓狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，并對(duì)工作面來壓狀態(tài)進(jìn)行分類；

步驟S10中，所述多因次工作循環(huán)特征參數(shù)包括以下參數(shù)：

根據(jù)安全閥未開啟時(shí)支架阻力時(shí)序曲線提出以下參數(shù)：

[1]初撐力修正值SLC

綜采工作面液壓支架在升柱達(dá)到初撐力后，壓力會(huì)在0.5min～3min內(nèi)迅速下降，下降幅度在0.5～5MPa，隨后壓力再緩慢增長或保持相對(duì)穩(wěn)定，直至達(dá)到新的相對(duì)平衡壓力，此時(shí)的壓力作為支架提供給頂板的初撐力修正值SLC；

[2]初始增壓階段增阻速率RIIBLR

初始增壓階段增阻速率是支架在初撐后5～30min內(nèi)快速增阻階段的增阻速率，是衡量頂板活動(dòng)劇烈程度的重要指標(biāo)；在初始增壓階段，m號(hào)支架所經(jīng)歷時(shí)間定義為初始增壓時(shí)間t_1m，時(shí)間t_1m內(nèi)支架初撐壓力變化定義為初撐壓力增長量M_1m，則定義該階段m號(hào)支架壓力增阻速率為下：

其中，t₁時(shí)間長度取決于支架增阻特性及地質(zhì)條件，若初撐力需要修正，則應(yīng)自初撐力修正值所在時(shí)間t_SLC計(jì)算初始增壓階段增阻速率RIIBLR；

[3]相對(duì)穩(wěn)定承載階段增阻速率RIRSL

位于初始增壓階段與移架前增壓階段之間的支架承載階段稱為相對(duì)穩(wěn)定承載階段；

在相對(duì)穩(wěn)定承載階段，l號(hào)支架所經(jīng)歷時(shí)間定義為相對(duì)穩(wěn)定承載時(shí)間t_2l，時(shí)間t_2l內(nèi)支架壓力變化定義為相對(duì)穩(wěn)定承載階段壓力增長量M_2l，則定義該階段l號(hào)支架壓力增阻速率為下：

[4]移架前增壓階段增阻速率RIPSMS

受采煤機(jī)割煤或相鄰支架降架、前移影響，原作用在煤壁或相鄰支架上的部分頂板載荷就瞬間轉(zhuǎn)移到工作面支架上，使工作面支架工作阻力在1～20min內(nèi)迅速增加，該階段的增阻速率稱為移架前增壓階段增阻速率；

在移架前增壓階段，p號(hào)支架所經(jīng)歷時(shí)間定義為移架前增壓階段時(shí)間t_3p，時(shí)間t_3p內(nèi)支架壓力變化定義為移架前承載階段壓力增長量M_3p，則定義該階段p號(hào)支架壓力增阻速率為下：

[5]初始增壓階段活柱下縮速率RIIBRS

初始增壓階段活柱下縮速率是支架在初撐后5～30min內(nèi)的活柱下縮速率；在初始增壓階段，m號(hào)支架所經(jīng)歷時(shí)間定義為初始增壓時(shí)間t_1m，時(shí)間t_1m內(nèi)活柱下縮值定義為初始增壓階段活柱下縮量L_1m，則定義該階段m號(hào)支架活柱下縮速率為下：

[6]相對(duì)穩(wěn)定承載階段活柱下縮速率RIRSLRS

在相對(duì)穩(wěn)定承載階段，l號(hào)支架所經(jīng)歷時(shí)間定義為相對(duì)穩(wěn)定承載時(shí)間t_2l，時(shí)間t_2l內(nèi)活柱下縮值定義為相對(duì)穩(wěn)定承載階段活柱下縮量L_2l，則定義該階段l號(hào)支架活柱下縮速率為下：

[7]移架前增壓階段活柱下縮速率RIPSMSRS

受采煤機(jī)割煤或相鄰支架降架、前移影響，原作用在煤壁或相鄰支架上的部分頂板載荷就瞬間轉(zhuǎn)移到工作面支架上，使工作面支架工作阻力在1～20min內(nèi)迅速增加，稱為移架前增壓階段；由于相鄰支架所承載負(fù)荷轉(zhuǎn)移到工作面支架，工作面支架立柱壓力增長，工作面支架立柱因油缸內(nèi)乳化液的彈性壓縮而導(dǎo)致活柱下縮；

在移架前承載階段，p號(hào)支架所經(jīng)歷時(shí)間定義為移架前承載時(shí)間t_3p，時(shí)間t_3p內(nèi)活柱下縮值定義為移架前承載階段活柱下縮量L_3p，則定義該階段p號(hào)支架活柱下縮速率為下：

支架安全閥開啟時(shí)從支架阻力及位移監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取出以下參數(shù)：

[1]安全閥開啟壓力P_vs

為防止支架立柱被高壓乳化液損壞，支架立柱壓力達(dá)到或超過設(shè)定的額定工作阻力時(shí)，安全閥必須開啟使高壓乳化液溢出以降低立柱液壓缸中的壓力，隨后安全閥關(guān)閉；定義安全閥開啟時(shí)的支架阻力為安全閥開啟壓力P_vs；

當(dāng)液壓支架工作阻力達(dá)到極大值點(diǎn)A1、A2、A3...An后，若液壓支架工作阻力開始大幅降落，則A1、A2、A3...An點(diǎn)工作阻力值即為安全閥開啟壓力；

[2]安全閥關(guān)閉壓力P_vc

定義安全閥開啟后再次關(guān)閉時(shí)的支架阻力為安全閥關(guān)閉壓力；

當(dāng)液壓支架工作阻力達(dá)到極大值點(diǎn)A1、A2、A3...An后，若液壓支架工作阻力開始降低并降低至阻力極小值點(diǎn)B1、B2、B3...Bn停止，則極小值點(diǎn)的工作阻力值即為安全閥關(guān)閉壓力P_vc；

[3]安全閥開啟持續(xù)時(shí)間T_Td

定義安全閥從開啟到關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間T_Td為安全閥開啟持續(xù)時(shí)間；

當(dāng)液壓支架工作阻力達(dá)到極大值點(diǎn)A1、A2、A3...An后，若液壓支架工作阻力開始降低并降低至阻力極小值點(diǎn)B1、B2、B3...Bn停止，則此期間T_Td為安全閥開啟持續(xù)時(shí)間值；

[4]安全閥重啟間隔時(shí)間t_rs

定義在安全閥相鄰開啟過程中，安全閥從關(guān)閉到開啟期間支架阻力上升的過程中所經(jīng)歷的時(shí)間t_rs，也叫安全閥重啟間隔時(shí)間；

當(dāng)液壓支架工作阻力達(dá)到極大值點(diǎn)An后，距離下一次支架阻力極大值點(diǎn)An+1期間，支架工作阻力上升期間的時(shí)間值為t_rs；

[5]安全閥開啟期間降阻量

定義安全閥從開啟到關(guān)閉期間的液壓支架壓力降低量為安全閥開啟期間降阻量，當(dāng)液壓支架工作阻力達(dá)到極大值點(diǎn)An后，距離下一次支架阻力極大值點(diǎn)An+1期間，支架工作阻力處于下降狀態(tài)期間支架阻力的減小值Δp_a；

[6]安全閥關(guān)閉狀態(tài)增阻量

定義安全閥連續(xù)開啟過程中，液壓支架工作阻力從第n次安全閥關(guān)閉到n+1次安全閥開啟之間的增阻量，當(dāng)液壓支架工作阻力從極小值點(diǎn)Bn至極大值點(diǎn)An+1，支架壓力處于上升狀態(tài)期間的支架阻力增加值Δp_b；

[7]安全閥開啟期間活柱下縮量

定義安全閥從第n次開啟到第n次關(guān)閉期間液壓支架降阻期間立柱的活柱下縮量為安全閥開啟期間活柱下縮量，支架從液壓支架工作阻力極大值點(diǎn)An到極小值點(diǎn)Bn之間的立柱下縮值Δa；

[8]安全閥關(guān)閉狀態(tài)活柱下縮量

定義安全閥連續(xù)開啟過程中，安全閥從第n次關(guān)閉的壓力極小值Bn到第n+1次開啟的壓力極大值A(chǔ)n+1期間活柱下縮量為安全閥關(guān)閉狀態(tài)活柱下縮量，當(dāng)液壓支架工作阻力達(dá)到極小值點(diǎn)Bn后，距離下一次支架阻力極大值點(diǎn)An+1期間，支架壓力處于上升狀態(tài)期間的支架立柱下縮值Δb。