[發明專利]煤礦智能化綜采工作面頂板來壓預測方法和裝置

有效

• 申請號: 202010510637.0
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111678683B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 程敬義;閆萬梓;孫鑫
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N3/36;G01N3/04;G06K9/62
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 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特征參數對工作面來壓進行預測，并根據多因次工作循環特征參數生成目標訓練集；

S20：根據決策樹算法對訓練集進行訓練生成決策樹A，由所述決策樹A對前一個工作循環的礦壓顯現程度進行預測，并得到前一個工作循環的不同等級的礦壓顯現程度，其中訓練集屬于目標訓練集；

S30：以前一個工作循環的多因次工作循環特征參數作為訓練集并結合決策樹算法生成決策樹B，由所述決策樹B對當前工作循環的礦壓顯現程度進行預測，并得到當前工作循環的不同等級的礦壓顯現程度，其中訓練集屬于目標訓練集；

S40：根據步驟S30中當前工作循環的不同等級的礦壓顯現程度并結合決策樹算法生成決策樹C，由所述決策樹C對工作面整體的來壓狀態進行預測，并對工作面來壓狀態進行分類；

步驟S10中，所述多因次工作循環特征參數包括以下參數：

根據安全閥未開啟時支架阻力時序曲線提出以下參數：

[1]初撐力修正值SLC

綜采工作面液壓支架在升柱達到初撐力后，壓力會在0.5min～3min內迅速下降，下降幅度在0.5～5MPa，隨后壓力再緩慢增長或保持相對穩定，直至達到新的相對平衡壓力，此時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內快速增阻階段的增阻速率，是衡量頂板活動劇烈程度的重要指標；在初始增壓階段，m號支架所經歷時間定義為初始增壓時間t_1m，時間t_1m內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號支架壓力增阻速率為下：

其中，t₁時間長度取決于支架增阻特性及地質條件，若初撐力需要修正，則應自初撐力修正值所在時間t_SLC計算初始增壓階段增阻速率RIIBLR；

[3]相對穩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穩定承載階段；

在相對穩定承載階段，l號支架所經歷時間定義為相對穩定承載時間t_2l，時間t_2l內支架壓力變化定義為相對穩定承載階段壓力增長量M_2l，則定義該階段l號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移到工作面支架上，使工作面支架工作阻力在1～20min內迅速增加，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號支架所經歷時間定義為移架前增壓階段時間t_3p，時間t_3p內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內的活柱下縮速率；在初始增壓階段，m號支架所經歷時間定義為初始增壓時間t_1m，時間t_1m內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號支架活柱下縮速率為下：

[6]相對穩定承載階段活柱下縮速率RIRSLRS

在相對穩定承載階段，l號支架所經歷時間定義為相對穩定承載時間t_2l，時間t_2l內活柱下縮值定義為相對穩定承載階段活柱下縮量L_2l，則定義該階段l號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移到工作面支架上，使工作面支架工作阻力在1～20min內迅速增加，稱為移架前增壓階段；由于相鄰支架所承載負荷轉移到工作面支架，工作面支架立柱壓力增長，工作面支架立柱因油缸內乳化液的彈性壓縮而導致活柱下縮；

在移架前承載階段，p號支架所經歷時間定義為移架前承載時間t_3p，時間t_3p內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號支架活柱下縮速率為下：

支架安全閥開啟時從支架阻力及位移監測數據中提取出以下參數：

[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，支架立柱壓力達到或超過設定的額定工作阻力時，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，隨后安全閥關閉；定義安全閥開啟時的支架阻力為安全閥開啟壓力P_vs；

當液壓支架工作阻力達到極大值點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點工作阻力值即為安全閥開啟壓力；

[2]安全閥關閉壓力P_vc

定義安全閥開啟后再次關閉時的支架阻力為安全閥關閉壓力；

當液壓支架工作阻力達到極大值點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B1、B2、B3...Bn停止，則極小值點的工作阻力值即為安全閥關閉壓力P_vc；

[3]安全閥開啟持續時間T_Td

定義安全閥從開啟到關閉的持續時間T_Td為安全閥開啟持續時間；

當液壓支架工作阻力達到極大值點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B1、B2、B3...Bn停止，則此期間T_Td為安全閥開啟持續時間值；

[4]安全閥重啟間隔時間t_rs

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

當液壓支架工作阻力達到極大值點An后，距離下一次支架阻力極大值點An+1期間，支架工作阻力上升期間的時間值為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，當液壓支架工作阻力達到極大值點An后，距離下一次支架阻力極大值點An+1期間，支架工作阻力處于下降狀態期間支架阻力的減小值Δp_a；

[6]安全閥關閉狀態增阻量

定義安全閥連續開啟過程中，液壓支架工作阻力從第n次安全閥關閉到n+1次安全閥開啟之間的增阻量，當液壓支架工作阻力從極小值點Bn至極大值點An+1，支架壓力處于上升狀態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An到極小值點Bn之間的立柱下縮值Δa；

[8]安全閥關閉狀態活柱下縮量

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