大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法和装置

摘要

本申请公开了一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法和装置，涉及煤矿井工开采技术领域，可以使大采高工作面煤壁片帮预测过程更为准确、可靠、实用，且能够实现大采高工作面煤壁的预警预测，保障大采高工作面的安全高效回采。其中方法包括：确定煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率；利用所述煤体裂隙参数增量值和所述支架载荷增阻率创建指标评分模型；依据预警监测期间内各预警指标值以及所述指标评分模型中的分值评定规则，计算煤壁片帮综合预测指数；根据所述煤壁片帮综合预测指数，输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。本申请适用于对大采高综采工作面煤壁片帮的预测。

说明书

技术领域

本申请涉及煤矿井工开采技术领域，尤其涉及一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法和装置。

背景技术

随着采矿技术及装备的快速发展，国内大采高开采技术日趋成熟，大采高工作面持续增多，工作面开采高度不断取得新的突破。目前，我国神东矿区大采高割煤高度已经达到8.5m，并且在向9.0m以上迈进。煤壁片帮是制约大采高工作面安全高产高效开采的关键因素，大采高工作面煤壁片帮现象的发生，不仅制约了工作面的开采效率，影响了矿井的高效开采，而且严重威胁着井下工人的生命安全。

目前针对大采高工作面煤壁片帮的预测，国内相关科研人员仍未提出一种有效的预测方法。因此，为保障大采高工作面的安全高效回采，有必要开发一种准确、可靠、实用的大采高工作面煤壁片帮预测方法，实现大采高工作面煤壁的预警预测，保障大采高工作面的安全高效回采。

发明内容

本申请提供了一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法和装置，能够使大采高工作面煤壁片帮预测过程更为准确、可靠、实用，且能够实现大采高工作面煤壁的预警预测，保障大采高工作面的安全高效回采。

根据本申请的一个方面，提供了一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法，该方法包括：

确定煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率；

利用所述煤体裂隙参数增量值和所述支架载荷增阻率创建指标评分模型；

依据预警监测期间内各预警指标值以及所述指标评分模型中的分值评定规则，计算煤壁片帮综合预测指数；

根据所述煤壁片帮综合预测指数，输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。

优选地，所述确定煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率，具体包括：

根据煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数值，计算煤体裂隙参数增量值；

基于支架载荷与时间的关系曲线，确定煤壁片帮出现前预设时间段内的支架载荷增阻率。

优选地，所述煤体裂隙参数包括：煤体水平位移、煤体垂直位移、裂隙密度、裂隙间距、裂缝宽度、裂隙产状；

所述根据煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数值，计算煤体裂隙参数增量值，具体包括：

基于预设增量值计算方法以及煤体裂隙参数值，分别计算每次煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体水平位移增量值、煤体垂直位移增量值、裂隙密度增量值、裂隙间距增量值、裂缝宽度增量值、裂隙产状增量值。

优选地，所述基于支架载荷与时间的关系曲线，确定煤壁片帮出现前预设时间段内的支架载荷增阻率，具体包括：

根据支架载荷与时间的关系曲线，提取每次煤壁片帮出现前预设时间段内的支架载荷；

基于预设增量值计算方法以及所述支架载荷，计算所述预设时间段内每次煤壁片帮对应的支架载荷增阻率。

优选地，所述利用所述煤体裂隙参数增量值和所述支架载荷增阻率创建指标评分模型，具体包括：

计算所述预设时间段内各次煤壁片帮对应的煤体裂隙参数增量平均值以及支架载荷增阻率平均值；

将所述煤体裂隙参数增量平均值以及所述支架载荷增阻率平均值确定为指标预警值，并基于所述指标预警值配置对应的评分规则。

优选地，所述依据预警监测期间内各预警指标值以及所述指标评分模型中的分值评定规则，计算煤壁片帮综合预测指数，具体包括：

计算预警监测期间内各个预警指标的增量值或增阻率，所述预警指标包括煤体裂隙参数以及支架载荷；

将所述增量值或所述增阻率分别与对应的所述指标预警值进行对比，并基于所述评分规则确定各个所述预警指标对应的评定分值；

依据预测指数计算公式和所述评定分值计算煤壁片帮综合预测指数。

优选地，所述根据所述煤壁片帮综合预测指数，输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果，具体包括：

将所述煤壁片帮综合预测指数与预设指数阈值进行对比；

若判定所述煤壁片帮综合预测指数大于或等于所述预设指数阈值，则输出预警提示信息；

若判定所述煤壁片帮综合预测指数小于所述预设指数阈值，则输出预测正常的提示信息，以便进行下一预设时间段的预测。

根据本申请的另一个方面，提供了一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测装置，该装置包括：

确定模块，用于确定煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率；

创建模块，用于利用所述煤体裂隙参数增量值和所述支架载荷增阻率创建指标评分模型；

计算模块，用于依据预警监测期间内各预警指标值以及所述指标评分模型中的分值评定规则，计算煤壁片帮综合预测指数；

输出模块，用于根据所述煤壁片帮综合预测指数，输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。

优选地，所述确定模块，具体包括：

第一计算单元，用于根据煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数值，计算煤体裂隙参数增量值；

确定单元，用于基于支架载荷与时间的关系曲线，确定煤壁片帮出现前预设时间段内的支架载荷增阻率。

优选地，所述煤体裂隙参数包括：煤体水平位移、煤体垂直位移、裂隙密度、裂隙间距、裂缝宽度、裂隙产状；

所述第一计算单元，具体用于：

基于预设增量值计算方法以及煤体裂隙参数值，分别计算每次煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体水平位移增量值、煤体垂直位移增量值、裂隙密度增量值、裂隙间距增量值、裂缝宽度增量值、裂隙产状增量值。

优选地，所述确定单元，具体用于：

根据支架载荷与时间的关系曲线，提取每次煤壁片帮出现前预设时间段内的支架载荷；

基于预设增量值计算方法以及所述支架载荷，计算所述预设时间段内每次煤壁片帮对应的支架载荷增阻率。

优选地，所述创建模块，具体包括：

第二计算单元，用于计算所述预设时间段内各次煤壁片帮对应的煤体裂隙参数增量平均值以及支架载荷增阻率平均值；

配置单元，用于将所述煤体裂隙参数增量平均值以及所述支架载荷增阻率平均值确定为指标预警值，并基于所述指标预警值配置对应的评分规则。

优选地，所述计算模块，具体包括：

第三计算单元，用于计算预警监测期间内各个预警指标的增量值或增阻率，所述预警指标包括煤体裂隙参数以及支架载荷；

第一对比单元，用于将所述增量值或所述增阻率分别与对应的所述指标预警值进行对比，并基于所述评分规则确定各个所述预警指标对应的评定分值；

第四计算单元，用于依据预测指数计算公式和所述评定分值计算煤壁片帮综合预测指数。

优选地，所述输出模块，具体包括：

第二对比单元，用于将所述煤壁片帮综合预测指数与预设指数阈值进行对比；

输出单元，用于若判定所述煤壁片帮综合预测指数大于或等于所述预设指数阈值，则输出预警提示信息；

输出单元，还用于若判定所述煤壁片帮综合预测指数小于所述预设指数阈值，则输出预测正常的提示信息，以便进行下一预设时间段的预测。

借由上述技术方案，本申请提供的大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法，与目前大采高工作面煤壁片帮的预测方式相比，本申请可首先通过收集采集煤壁片帮全过程煤体裂隙发育特征，确定煤壁片帮前煤体裂隙参数外在显现增量值，包括煤壁片帮煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率；继而可利用煤壁片帮煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率创建指标评分模型，包括指标预警值的确定，煤壁片帮分值评定规则的制定；之后可依据预警监测期间内各预警指标值以及指标评分模型中的分值评定规则，计算出煤壁片帮综合预测指数，最后利用煤壁片帮综合预测指数，即可确定并输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。在本申请中，通过将大采高综采工作面煤壁片帮的预测过程规范化，能够实现对煤壁片帮的准确、实时预警，进而能够保证大采高工作面的安全高效回采。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本地申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的另一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法的流程示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测原理示意图；

图4示出了本申请实施例提供的煤壁片帮期间全过程综采工作面液压支架载荷与时间关系曲线实例示意图；

图5示出了本申请实施例提供的第m次煤壁片帮T分钟前△t间隔时间内支架载荷增阻率实例示意图；

图6示出了本申请实施例提供的一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测装置的结构示意图；

图7示出了本申请实施例提供的另一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测装置的结构示意图。

具体实施方式

下文将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

本实施例提供了一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法，如图1所示，该方法包括：

101、确定煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率。

其中，预设时间段的具体时长大小可根据实际应用需求进行自定义，对于本实施例，具体可通过选取大采高工作面开采过程在预设时间段内的若干煤壁片帮区域，采用支架顶梁上方安置的三维激光扫描仪进行煤壁表面裂隙扫描识别，提取煤壁片帮全过程中的煤体裂隙参数，进一步计算得到的煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率。

102、利用煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率创建指标评分模型。

对于本实施例，创建指标评分模型的目的在于创建一套煤壁片帮预测指标评分标准，以便基于该预测指标评分标准能够实现大采高综采工作面煤壁片帮的精准预测。具体可利用煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率计算得到各指标预警值，并根据各个预警指标对于大采高综采工作面煤壁片帮的影响权重，为各个指标预警值分别创建对应的评分规则。

103、依据预警监测期间内各预警指标值以及指标评分模型中的分值评定规则，计算煤壁片帮综合预测指数。

其中，预警监测期对应需要进行大采高综采工作面煤壁片帮预测的时间段，预警指标值对应预警监测期内实时采集，并计算得到的煤壁片帮煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率。

104、根据煤壁片帮综合预测指数，输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。

对于本实施例，在计算得到煤壁片帮综合预测指数后，可通过将煤壁片帮综合预测指数与预设指数阈值进行对比，进而确定出片大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果，其中，预设指数阈值可根据实际应用场景进行设定，在本实施例中，预设指数阈值优选设置为0.6。

本申请实施例提供的一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法，与目前针对大采高工作面煤壁片帮的预测方式相比，本申请可首先通过收集采集煤壁片帮全过程煤体裂隙发育特征，确定煤壁片帮前煤体裂隙参数外在显现增量值，包括煤壁片帮煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率；继而可利用煤壁片帮煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率创建指标评分模型，包括指标预警值的确定，煤壁片帮分值评定规则的制定；之后可依据预警监测期间内各预警指标值以及指标评分模型中的分值评定规则，计算出煤壁片帮综合预测指数，最后利用煤壁片帮综合预测指数，即可确定并输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。在本申请中，通过将大采高综采工作面煤壁片帮的预测过程规范化，能够实现对煤壁片帮的准确、实时预警，进而能够保证大采高工作面的安全高效回采。

进一步地，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了说明上述实施例的具体实施过程，本实施例提供了另一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法，如图2所示，该方法包括：

201、根据煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数值，计算煤壁片帮煤体裂隙参数增量值。

其中，煤体裂隙参数包括：煤体水平位移S

对于本实施例，在具体的应用场景中，实施例步骤201具体可以包括：基于预设增量值计算方法以及煤体裂隙参数值，分别计算每次煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体水平位移增量值、煤体垂直位移增量值、裂隙密度增量值、裂隙间距增量值、裂缝宽度增量值、裂隙产状增量值。

其中，预设增量值计算方法可为：△A＝(A

具体的，设监测时间段内第m(m＜n)次煤壁片帮T分钟前煤体裂隙参数分别为S

△S

△S

△A

△L

△H

△θ

相应的，可提取出监测时间段内n次煤壁片帮T分钟前△t间隔时间内煤体裂隙参数增量值△S

202、基于支架载荷与时间的关系曲线，确定煤壁片帮出现前预设时间段内的支架载荷增阻率。

对于本实施例，在具体的应用场景中，实施例步骤202具体可以包括：根据支架载荷与时间的关系曲线，提取每次煤壁片帮出现前预设时间段内的支架载荷；基于预设增量值计算方法以及支架载荷，计算预设时间段内每次煤壁片帮对应的支架载荷增阻率。

在具体的应用场景中，可基于支架立柱上安装的压力传感器，以时间t为横坐标，以支架载荷P

如图5所示，设监测时间段内第m(m＜n)次煤壁片帮T分钟前支架载荷为P

203、计算预设时间段内各次煤壁片帮对应的煤体裂隙参数增量平均值以及支架载荷增阻率平均值。

具体的，可分别利用如下公式，计算得到各次煤壁片帮对应的煤体裂隙参数增量平均值：△S

△S

△S

△A

△L

△H

△θ

△P

204、将煤体裂隙参数增量平均值以及支架载荷增阻率平均值确定为指标预警值，并基于指标预警值配置对应的评分规则。

对于本实施例，在具体的应用场景中，可将计算得到的各次煤壁片帮对应的煤体裂隙参数增量平均值：△S

其中，△P、△S

表1煤壁片帮预测评分标准

205、计算预警监测期间内各个预警指标的增量值或增阻率，预警指标包括煤体裂隙参数以及支架载荷。

对于本实施例，可在预警监测期间实时采集煤体裂隙参数以及支架载荷，并依据煤体裂隙参数以及支架载荷分别计算得到监测时间内某一△t时间间隔下的煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率，具体计算方式可参照实施例步骤201、202。

206、将增量值或增阻率分别与对应的指标预警值进行对比，并基于评分规则确定各个预警指标对应的评定分值。

对于本实施例，可参见表1所示的评分规则，在计算得到预警监测期间内的煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率后，可分别与对应的指标预警值进行对比，确定各个预警指标对应的评定分值。根据经验系数，可设定当支架载荷增阻率△P<△P

207、依据预测指数计算公式和评定分值计算煤壁片帮综合预测指数。

其中，预测指数计算公式可为：

例如，若通过将增量值或增阻率分别与对应的指标预警值进行对比，并基于评分规则确定得到各个预警指标对应的评定分值：支架载荷G

208、根据煤壁片帮综合预测指数，输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。

对于本实施例，在具体的应用场景中，实施例步骤208具体可以包括：将煤壁片帮综合预测指数与预设指数阈值进行对比；若判定煤壁片帮综合预测指数大于或等于预设指数阈值，则输出预测到煤壁片帮的预警提示信息；若判定煤壁片帮综合预测指数小于预设指数阈值，则输出预测正常的提示信息，以便进行下一预设时间段的预测。

在具体的应用场景中，根据经验系数，预设指数阈值可设定为0.6，即当判定煤壁片帮综合预测指数大于或等于0.6时，可输出待出现大采高综采工作面煤壁片帮的预警提示信息；若判定煤壁片帮综合预测指数小于0.6时，可输出预测正常的提示信息，进而启动进行下一△t时段的煤壁片帮预测。

对于本实施例，在具体的应用场景中，大采高综采工作面煤壁片帮的预测过程具体可如图3所示的原理示意图，可首先提取煤壁片帮前煤体裂隙参数变化特征和煤壁片帮前工作面液压支架增阻特性，具体可依据煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体水平位移、煤体垂直位移、裂缝密度、裂缝间距、裂缝宽度、裂缝产状、载荷增阻率，计算得到煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率，进而可依据煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率确定出煤壁片帮预测的各指标预警值，并建立煤壁片帮预测指标评分标准，以便后续在实时采集煤体裂隙参数和支架载荷后，可依据指标预警值和指标评分标准确定出Δt时间间隔内煤壁片帮综合预测指数，并通过创建煤壁片帮预测窗口，将煤壁片帮综合预测指数与预设指数阈值进行对比，确定并输出预测结果。

通过上述大采高综采工作面煤壁片帮的预测方法，可首先通过收集采集煤壁片帮全过程煤体裂隙发育特征，确定煤壁片帮前煤体裂隙参数外在显现增量值，包括煤壁片帮煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率；继而可利用煤壁片帮煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率创建指标评分模型，包括指标预警值的确定，煤壁片帮分值评定规则的制定；之后可依据预警监测期间内各预警指标值以及指标评分模型中的分值评定规则，计算出煤壁片帮综合预测指数，最后利用煤壁片帮综合预测指数，即可确定并输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。在本申请中，通过将大采高综采工作面煤壁片帮的预测过程规范化，能够实现对煤壁片帮的准确、实时预警，进而能够保证大采高工作面的安全高效回采。

进一步的，作为图1和图2所示方法的具体体现，本申请实施例提供了一种大采高综采工作面煤壁片帮的预测装置，如图6所示，该装置包括：确定模块31、创建模块32、计算模块33、输出模块34。

确定模块31，可用于确定煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率；

创建模块32，可用于利用煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率创建指标评分模型；

计算模块33，可用于依据预警监测期间内各预警指标值以及指标评分模型中的分值评定规则，计算煤壁片帮综合预测指数；

输出模块34，可用于根据煤壁片帮综合预测指数，输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。

在具体的应用场景中，为了确定出煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率，如图7所示，确定模块31，具体可包括：第一计算单元311、确定单元312；

第一计算单元311，具体可用于根据煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体裂隙参数值，计算煤体裂隙参数增量值；

确定单元312，具体可用于基于支架载荷与时间的关系曲线，确定煤壁片帮出现前预设时间段内的支架载荷增阻率。

相应的，煤体裂隙参数包括：煤体水平位移、煤体垂直位移、裂隙密度、裂隙间距、裂缝宽度、裂隙产状；

第一计算单元311，具体可用于：基于预设增量值计算方法以及煤体裂隙参数值，分别计算每次煤壁片帮出现前预设时间段内的煤体水平位移增量值、煤体垂直位移增量值、裂隙密度增量值、裂隙间距增量值、裂缝宽度增量值、裂隙产状增量值。

在具体的应用场景中，确定单元312，具体可用于根据支架载荷与时间的关系曲线，提取每次煤壁片帮出现前预设时间段内的支架载荷；基于预设增量值计算方法以及支架载荷，计算预设时间段内每次煤壁片帮对应的支架载荷增阻率。

相应的，如图7所示，创建模块32，具体可包括：第二计算单元321、配置单元322；

第二计算单元321，具体可用于计算预设时间段内各次煤壁片帮对应的煤体裂隙参数增量平均值以及支架载荷增阻率平均值；

配置单元322，具体可用于将煤体裂隙参数增量平均值以及支架载荷增阻率平均值确定为指标预警值，并基于指标预警值配置对应的评分规则。

在具体的应用场景中，为了计算得到煤壁片帮综合预测指数，如图7所示，计算模块33，具体可包括：第三计算单元331、第一对比单元332、第四计算单元333；

第三计算单元331，可用于计算预警监测期间内各个预警指标的增量值或增阻率，预警指标包括煤体裂隙参数以及支架载荷；

第一对比单元332，可用于将增量值或增阻率分别与对应的指标预警值进行对比，并基于评分规则确定各个预警指标对应的评定分值；

第四计算单元333，可用于依据预测指数计算公式和评定分值计算煤壁片帮综合预测指数。

相应的，如图7所示，输出模块34，具体可包括：第二对比单元341、输出单元342；

第二对比单元341，可用于将煤壁片帮综合预测指数与预设指数阈值进行对比；

输出单元342，可用于若判定煤壁片帮综合预测指数大于或等于预设指数阈值，则输出预警提示信息；

输出单元342，还可用于若判定煤壁片帮综合预测指数小于预设指数阈值，则输出预测正常的提示信息，以便进行下一预设时间段的预测。

需要说明的是，本实施例提供的一大采高综采工作面煤壁片帮的预测装置所涉及各功能单元的其它相应描述，可以参考图1至图2中的对应描述，在此不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与目前现有技术相比，本申请可首先通过收集采集煤壁片帮全过程煤体裂隙发育特征，确定煤壁片帮前煤体裂隙参数外在显现增量值，包括煤壁片帮煤体裂隙参数增量值以及支架载荷增阻率；继而可利用煤壁片帮煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率创建指标评分模型，包括指标预警值的确定，煤壁片帮分值评定规则的制定；之后可依据预警监测期间内各预警指标值以及指标评分模型中的分值评定规则，计算出煤壁片帮综合预测指数，最后利用煤壁片帮综合预测指数，即可确定并输出大采高综采工作面煤壁片帮的预测结果。在本申请中，通过将大采高综采工作面煤壁片帮的预测过程规范化，能够实现对煤壁片帮的准确、实时预警，进而能够保证大采高工作面的安全高效回采。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。