[發明專利]一種預測采煤工作面頂板來壓概率的方法

有效

• 申請號: 202110049380.8
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112836355B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 羅香玉;羅穎驍;張曉波;辛剛;解盤石;伍永平;呂文玉;張艷麗;郎丁;劉俊豹
• 申請（專利權）人: 西安科技大學;重慶市能源投資集團科技有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F18/23213
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 郭璐

1.一種預測采煤工作面頂板來壓概率的方法，其特征在于：包括步驟：

STEP1.獲取采煤工作面支架的歷史工作阻力數據，根據歷史工作阻力數據生成來壓狀態序列；

STEP2.根據來壓狀態序列，計算最佳歷史狀態條件數n；

步驟STEP2所述的最佳歷史狀態條件數的計算過程包括：

STEP201.初始化歷史條件數i等于1；

STEP202.計算歷史條件數i下的條件熵H_i：

其中：S_i為歷史條件數取i時所有可能的歷史來壓狀態形成的集合，該集合共有2ⁱ個元素，每個元素均是長度為i的0-1序列；p(x)代表歷史來壓狀態為x的概率，Y是一個隨機變量，代表預測時刻的來壓狀態，取值為0或1；X_i是一個隨機變量，代表歷史條件數取值為i時的歷史來壓狀態，條件熵H_i用以衡量歷史條件數為i時，待預測時刻來壓狀態的不確定程度；該值愈大，不確定程度愈高；該值愈小，可預測性愈高；

STEP203.判斷i是否等于1，若是，則令i自增1，并回到STEP202；若不是，則計算條件熵的變化量ΔH＝H_i-H_i-1，然后判斷ΔHσ是否成立，若成立，亦令i自增1，并回到STEP202，若不成立，則迭代結束，此時的i值即為最佳歷史條件數n；

其中：σ是給定的條件熵減少量閾值；

STEP3.根據最佳歷史狀態條件數n構建來壓概率樹；

步驟STEP3所述的來壓概率樹的構建過程包括：

STEP301.(1)根據步驟STEP2計算的最佳歷史條件數n及對應的歷史來壓狀態集合S_n，統計支架的來壓狀態序列中各歷史來壓狀態s_j出現的頻次，進而估計各歷史來壓狀態s_j發生的概率，記為：

P(X_n＝s_j)；

其中：s_j表示歷史來壓狀態集合S_n的第j個元素；

(2)統計各歷史來壓狀態s_j下未來時刻來壓的頻次，估計歷史來壓狀態是s_j和未來時刻來壓的并事件的概率，記為：

P(Y＝1X_n＝s_j)；

STEP302.利用條件概率公式(3)分別計算各歷史狀態下的來壓概率：

其中：事件Y＝1表示待預測時刻發生來壓；事件X_n＝s_j表示歷史來壓狀態恰好對應S_n的第j個元素；

STEP303.構造一個n+1層的滿二叉樹，該樹的根節點存放最佳歷史條件數n，每個節點的左孩子節點值為0，右孩子節點值為1；除此之外，第j個葉子節點還存儲概率值P(Y＝1|X_n＝path_j)；

其中：path_j等于根節點下一層出發到達第j個葉子節點的所有節點值形成的序列，對應S_n集合第j個元素對應的歷史來壓狀態；

STEP4.根據來壓概率樹實時進行來壓概率預測。

2.根據權利要求1所述的一種預測采煤工作面頂板來壓概率的方法，其特征在于：步驟STEP1所述的來壓狀態序列的構建過程包括：

STEP101.獲取采煤工作面支架的歷史工作阻力數據，采用K-means聚類方法將歷史工作阻力數據聚為兩類；

STEP102.根據聚類結果，將聚類中心較小一簇的成員標記為0，較大一簇的成員標記為1，此時原始工作阻力數據序列轉換為一個元素取值為0或1的來壓狀態序列；

其中：取值為0的序列元素表示對應時刻不來壓，取值為1的序列元素表示對應時刻來壓。

3.根據權利要求1所述的一種預測采煤工作面頂板來壓概率的方法，其特征在于：步驟STEP4所述的來壓概率預測的過程包括：

STEP401.根據步驟STEP2計算的最佳歷史狀態條件數n，得到待預測時刻前n個歷史時刻的來壓狀態序列s；

其中：s是一個長度為n的0-1序列；

STEP402.在步驟STEP3得到的來壓概率樹中，查找到從根節點下一層出發path值等于s的葉子節點，該葉子節點所存儲的概率值即為待預測時刻的來壓概率。