综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法及装置

摘要

本公开提供了一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法及装置，涉及煤层开采技术领域。具体步骤为：采集三轴倾角传感器发送的目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据；采集第一立柱压力数据和第二立柱压力数据；确定整架位姿类别；生成工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图；获取液压支架顶梁合力作用点变化界限，并生成工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图；获取第一片帮范围标注图像和第二片帮范围标注图像，并根据位姿类别获取工作面煤壁片帮区域的预警级别。本公开通过联合分析目标监测位置的角度数据和压力分布二维热力图对片帮区域进行识别，并获取对应的预警级别，避免片帮区域造成的危险，保障工作面的安全高效回采。

说明书

技术领域

本公开涉及煤层开采技术领域，尤其涉及一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法及装置。

背景技术

煤壁片帮是中厚煤层大采高工作面开采的技术难题，片帮增加了工作面冒顶的概率，严重影响了中厚煤层工作面，尤其是超大采高(6米以上)工作面的安全高效开采，制约了工作面的开采效率，严重威胁了井下工人的生命安全。

工作面上部支架工作阻力的降低引起煤壁超前支承压力增加，煤壁塑性区范围和积蓄的变形能增大，最终导致了煤壁片帮。煤壁片帮因素影像众多，且随着工作面开采地质条件复杂度的提高而愈发复杂。现阶段综采工作面煤壁片帮实时监测可行方案主要为视频监测。然而，视频监测无法预先提示危险，难以及时提醒工作人员远离片帮区域。

发明内容

本公开提供一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法及装置，以至少解决相关技术中无法预先提示危险，难以及时提醒工作人员远离片帮区域的问题。本公开的技术方案如下：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法，其特征在于，包括：

在液压支架上的目标监测位置安装三轴倾角传感器，采集所述三轴倾角传感器发送的目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据，所述目标监测位置包括：顶梁、掩护梁和底座；

采集工作面倾向方向上所述液压支架的第一立柱压力数据和工作面推进方向上的第二立柱压力数据；

根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据确定所述液压支架的整架位姿类别；

根据所述工作面倾向方向上所述液压支架的第一立柱压力数据生成工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图，其中，所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图以支架号为纵轴，以采样时间点为横轴；

根据所述角度数据和所述第二立柱压力数据获取液压支架顶梁合力作用点变化界限，并生成工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图，其中，所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图以支架号为纵轴，以采样时间点为横轴；

对所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图和所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图进行图像识别处理以获取第一片帮范围标注图像和第二片帮范围标注图像，并根据所述液压支架的整架位姿类别获取工作面煤壁片帮区域的预警级别。

可选的，所述采集所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据步骤之后还包括：

对所述角度数据和所述第二立柱压力数据进行插值处理，以使所述角度数据和所述第二立柱压力数据的采集时刻一致，且采样间隔时间一致。

可选的，所述根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据确定所述液压支架的整架位姿类别步骤具体包括：

获取所述角度数据中所述顶梁与重力矢量之间的第一角度、所述掩护梁和与所述重力矢量之间的第二角度，所述底座与所述重力矢量之间的第三角度，根据所述第一角度，第二角度和第三角度确定所述液压支架的整架位姿类别，所述位姿类别包括风险位姿和无风险位姿。

可选的，所述根据所述角度数据和所述第二立柱压力数据获取液压支架顶梁合力作用点变化界限的步骤具体包括：

如果所述液压支架为四柱式液压支架，根据所述液压支架中前后立柱对应的第二立柱压力数据进行聚类分析，以生成前后立柱压力聚类图，其中，所述前后立柱包括：前立柱和后立柱；

根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据和前后立柱对应的第二立柱压力数据计算各个采集时刻下所述液压支架中所述顶梁的合力作用点；

将所述前立柱与所述顶梁的连接位置作为合力作用点下边界，将所述后立柱与所述顶梁的连接位置作为合力作用点上边界。

可选的，所述根据所述角度数据和所述第二立柱压力数据获取液压支架顶梁合力作用点变化界限的步骤具体包括：

如果所述液压支架为两柱式液压支架，根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据和所述液压支架中前后立柱对应的第二立柱压力数据，计算各个采集时刻下所述液压支架中所述顶梁的合力作用点；

将立柱与所述顶梁的连接位置向前移动预设距离的位置作为合力作用点下边界，将立柱与所述顶梁的连接位置向后移动预设距离的位置作为合力作用点上边界。

可选的，所述对所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图和所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图进行图像识别处理步骤具体包括：

对所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图进行灰度化处理，获取工作面整体液压支架立柱压力分布图；

对所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图进行灰度化处理，获取工作面整体液压支架顶梁受力分布图；

获取所述工作面整体液压支架立柱压力分布图中各个时间点上所有液压支架对应的目标特征，根据所述目标特征进行聚类处理以获取第一数据聚类片；

获取所述工作面整体液压支架顶梁压力分布图中各个时间点上所有液压支架对应的目标特征，根据所述目标特征进行聚类处理以获取第二数据聚类片；

识别所述第一数据聚类片和第二数据聚类片的轮廓，根据所述轮廓获取第一片帮范围标注图像和第二片帮范围标注图像。

可选的，所述根据所述液压支架的整架位姿类别获取工作面煤壁片帮区域的预警级别的步骤具体包括：

将工作面中既属于所述第一片帮范围标注图像，又属于第二片帮范围标注图像的液压支架作为待定支架，并获取所述待定支架的所述位姿类别；

如果所述待定支架的位姿类别为风险位姿，且所述待定液压支架中所述顶梁的合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限范围之外，确定所述预警级别为第一预警级别；

如果所述待定支架的位姿类别为无风险位姿，且所述待定液压支架中所述顶梁的合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限范围之外，确定所述预警级别为第二预警级别；

如果所述待定支架的位姿类别为风险位姿，且所述待定液压支架中所述顶梁的合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限范围之内，确定所述预警级别为第三预警级别；

如果所述待定支架的位姿类别为无风险位姿，且所述待定液压支架中所述顶梁的合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限范围之内，确定所述预警级别为第四预警级别。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析装置，其特征在于，包括：

角度检测模块，用于在液压支架上的目标监测位置安装三轴倾角传感器，采集所述三轴倾角传感器发送的目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据，所述目标监测位置包括：顶梁、掩护梁和底座；

压力采集模块，用于采集工作面倾向方向上所述液压支架的第一立柱压力数据和工作面推进方向上的第二立柱压力数据；

位姿确定模块，用于根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据确定所述液压支架的整架位姿类别；

第一热力图生成模块，用于根据所述工作面倾向方向上所述液压支架的第一立柱压力数据生成工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图，其中，所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图以支架号为纵轴，以采样时间点为横轴；

第二热力图生成模块，用于根据所述角度数据和所述第二立柱压力数据获取液压支架顶梁合力作用点变化界限，并生成工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图，其中，所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图以支架号为纵轴，以采样时间点为横轴；

预警模块，用于对所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图和所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图进行图像识别处理以获取第一片帮范围标注图像和第二片帮范围标注图像，并根据所述液压支架的整架位姿类别获取工作面煤壁片帮区域的预警级别。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如上述第一方面中任一项所述的方法。

根据本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如上述第一方面中任一项所述的方法。

根据本公开实施例的第五方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据上述第一方面中任一项所述的方法。

本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

本公开通过联合分析目标监测位置的角度数据和压力分布二维热力图对片帮区域进行识别，并获取对应的预警级别，避免片帮区域造成的危险，保障工作面的安全高效回采。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。

图1是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析装置的框图。

图7是根据一示例性实施例示出的一种液压支架的示意图。

图8是根据一示例性实施例示出的一种液压支架的整架位姿类别示意图。

图9是根据一示例性实施例示出的一种装置的框图。

图10是根据一示例性实施例示出的一种装置的框图。

具体实施方式

为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

需要说明的是，本公开所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息。

煤壁片帮是中厚煤层大采高工作面开采的技术难题，片帮增加了工作面冒顶的概率，严重影响了中厚煤层工作面，尤其是超大采高(6米以上)工作面的安全高效开采，制约了工作面的开采效率，严重威胁了井下工人的生命安全。

工作面上部支架工作阻力的降低引起煤壁超前支承压力增加，煤壁塑性区范围和积蓄的变形能增大，最终导致了煤壁片帮。煤壁片帮因素影像众多，且随着工作面开采地质条件复杂度的提高而愈发复杂。虽然煤壁片帮机理分析已有一定进展，但实际生产中的片帮监测及预警仍较为困难，由于煤壁片帮发生事件更为具象，无法通过支架压力、位姿等单一数据进行实时监测和预警。

现阶段综采工作面煤壁片帮实时监测可行方案主要为视频监测，如相关技术中公开了一种基于图像识别的井下煤壁片帮预警方法及装置，具体步骤为：获取目标采煤区域的视频数据；将所述目标采煤区域的视频数据转换为各帧图片，并对每帧图片进行图像增强处理，获得对应的待识别图片；根据每帧待识别图片以及煤壁片帮场景识别模型，获得每帧待识别图片上的候选区域信息，所述候选区域信息包括各个候选区域的区域坐标和概率值；其中，所述煤壁片帮场景识别模型是基于历史采煤图片集以及对应的煤壁片帮场景标签训练获得的；根据每帧待识别图片上的候选区域信息以及筛选阈值，获得每个待识别区域图片；根据每个待识别区域图片以及图像理解模型，获得每个待识别区域图片对应的语句描述；其中，所述图像理解模型是基于历史区域图片集以及对应的语义标签训练获得的；若根据各个待识别区域图片对应的语句描述解析获得煤壁片帮发生场景，则进行煤壁片帮预警。但是视频监测只能实时发现风险，无法预先发现危险并提示。

而预警方面，相关技术中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，具体步骤为：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。实现了依据煤体裂隙参数增量值和支架载荷增阻率联合预测。然而煤体裂隙参数实时动态获取较为困难。

为保障大采高工作面的安全高效回采，有必要开发一种更为实用的大采高工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法，实现大采高工作面煤壁片帮等围岩变形监测和预警预测，保障大采高工作面的安全高效回采。

为了方便理解，首先对液压支架的结构进行介绍，图7是根据一示例性实施例示出的一种液压支架的示意图。如图7所示，完整的液压支架包括：顶梁701，立柱702，掩护梁703，连杆704，底座705，推移装置706和护帮装置707。

顶梁701直接与顶板接触，用于传递支撑力并起护顶作用的承载构件。不同架型的顶梁701有不同特点。按纵向连接方式可分为整体式和分段铰接式。

立柱702支撑在底座705和顶梁701或掩护梁703之间调节支架高度并承载的液压缸，要求有较高的抗压抗弯强度和密封性能。常见为双作用式，有全液压和液压加机械调整两种伸缩方式。

掩护梁703连接顶梁701和底座705(或连杆704)，承受支架水平力和垮落顶板岩石压力，防止采空区冒落矸石进入支架的构件。它是掩护式和支撑掩护式支架的主要结构部件，多为整体式箱形结构。

底座705直接与底板接触传递支撑力并用于支托立柱702和其它部件的承载构件。常见结构形式有整体式和分体式。整体式分为底封和底开两种；分体式分为左右分体和前后分体两种。

推移装置706用于推移支架和输送机的装置。多数支架的推移装置连接于支架和输送机之间，既能移架，同时又能推输送机；少数则有独立的移架装置和推输送机装置，如节式支架等。推移装置多数布置在支架底部，个别的布置在顶梁701上，或者上下都有。按结构形式分为框架式、导向推杆式和直接作用式等。框架式利用反向顶推原理使千斤顶较大的推力用于移架，而较小的拉力用于推输送机，满足实际工况的不同要求。导向推杆式常用浮动活塞千斤顶或差动原理来减小推力。

护帮装置707布置在顶梁701、掩护梁703或连杆704侧面，起到挡矸和防倒调架等作用的辅助装置，多由千斤顶、弹簧、导向杆和结构件等组成，可使液压支架在一定宽度范围内伸缩，常见的有直角伸缩式和铰接式。

图1是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤101，在液压支架上的目标监测位置安装三轴倾角传感器，采集所述三轴倾角传感器发送的目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据，所述目标监测位置包括：顶梁、掩护梁和底座。

本实施例中，为了获取液压支架的位姿，采用三轴倾角传感器来获取液压支架上的目标监测位置的倾角，由于连杆和掩护梁之间的角度固定。顶梁和掩护梁是可以活动的，所以为了获取所述液压支架的位姿，仅需要获取顶梁、掩护梁和底座的角度数据即可。由于工作面推进方向为固定的方向，获取的角度数据为三轴倾角传感器与重力矢量之间所形成夹角的角度，也称为翻滚角(roll)，角度数据的取值范围为(-180,180)。

步骤102，采集工作面倾向方向上所述液压支架的第一立柱压力数据和工作面推进方向上的第二立柱压力数据。

所述工作面倾向方向与所述工作面推进方向相互垂直，结合两个方向上液压支架的立柱压力数据，可以更准确地分析出液压支架的状态。

步骤103，根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据确定所述液压支架的整架位姿类别。

在特定的位姿下，工作面顶板与上半部煤壁交界处缺乏有效支护，在巨大矿山压力作用下，此液压支架支护的煤壁区域有可能发生片帮现象，所以液压支架的整架位姿类别可以作为判断片帮区域的其中一个依据。

步骤104，根据所述工作面倾向方向上所述液压支架的第一立柱压力数据生成工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图，其中，所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图以支架号为纵轴，以采样时间点为横轴。

本申请实施例中，工作面中包含多个液压支架，在分析时需要对工作面内所有液压支架的第一立柱压力数据进行分析，以实现对工作面区域的整体分析。按照一定的采样周期均匀地采样以获取所述第一立柱压力数据，按照液压支架的支架号和采样时间先后数据将所述第一立柱压力数据呈现出来，工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图中每个像素对应的值反映了横轴对应的时间点上纵轴对应的液压支架的第一立柱压力数据。

步骤105，根据所述角度数据和所述第二立柱压力数据获取液压支架顶梁合力作用点变化界限，并生成工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图，其中，所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图以支架号为纵轴，以采样时间点为横轴。

本申请中工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图的生成方法与步骤104类似。

步骤106，对所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图和所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图进行图像识别处理以获取第一片帮范围标注图像和第二片帮范围标注图像，并根据所述液压支架的整架位姿类别获取工作面煤壁片帮区域的预警级别。

可选的，所述采集所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据步骤之后还包括：

对所述角度数据和所述第二立柱压力数据进行插值处理，以使所述角度数据和所述第二立柱压力数据的采集时刻一致，且采样间隔时间一致。

本实施例中，第二立柱压力数据对应各个采集时刻，相邻采集时刻之间的间隔为固定的采样周期，为了方便分析。需要对所述角度数据和所述第二立柱压力数据进行统一时间戳的处理，即使所述角度数据和第一压力数据的采集时间相同，且采样间隔时间一致。利用插值等算法进行处理，具体为：如果某一采集时刻不存在角度数据，则生成该时刻的角度数据。

可选的，所述根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据确定所述液压支架的整架位姿类别步骤具体包括：

获取所述角度数据中所述顶梁与重力矢量之间的第一角度、所述掩护梁和与所述重力矢量之间的第二角度，所述底座与所述重力矢量之间的第三角度，根据所述第一角度，第二角度和第三角度确定所述液压支架的整架位姿类别，所述位姿类别包括风险位姿和无风险位姿。

图8是根据一示例性实施例示出的一种液压支架的整架位姿类别示意图。图8中将图1里液压支架的各部分结构抽象为一条直线，在液压支架正常起到支护作用的前提下，液压支架整架位姿可划分为上述9种工况。根据支架围岩支护原理可以知道，工况2、工况5或工况8的三种位姿下，由于支架顶梁低头，工作面顶板与上半部煤壁交界处缺乏有效支护，在巨大矿山压力作用下，此液压支架支护的煤壁区域有可能发生片帮现象。所以将工况2、工况5和工况8的位姿确定为风险位姿，其他工况的位姿设置为无风险位姿。

图2是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图，如图2所示，图1中的步骤105具体包括：

步骤201，如果所述液压支架为四柱式液压支架，根据所述液压支架中前后立柱对应的第二立柱压力数据进行聚类分析，以生成前后立柱压力聚类图，其中，所述前后立柱包括：前立柱和后立柱；

步骤202，根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据和前后立柱对应的第二立柱压力数据计算各个采集时刻下所述液压支架中所述顶梁的合力作用点；

步骤203，将所述前立柱与所述顶梁的连接位置作为合力作用点下边界，将所述后立柱与所述顶梁的连接位置作为合力作用点上边界。

本实施例中，从侧面看四柱式液压支架分为前立柱和后立柱，前立柱中包含两个立柱，后立柱中包含两个立柱，生成前后立柱压力聚类图中横轴为前立柱，纵轴代表后立柱，图中包含多个散点。

根据同一采集时刻下所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据和前后立柱对应的第二立柱压力数据计算各个液压支架中顶梁对应的合力作用点，合力作用点反映了横梁受力的位置，正常情况下，横梁上的合力作用点的位置应该在合力作用点上边界和合力作用点下边界之间，如果横梁上的合力作用点的位置超出合力作用点变化界限，则说明该液压支架横梁受力异常，可能发生片帮现象。

图3是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图，如图3所示，图1中的步骤105还包括：

步骤301，如果所述液压支架为两柱式液压支架，根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据和所述液压支架中前后立柱对应的第二立柱压力数据，计算各个采集时刻下所述液压支架中所述顶梁的合力作用点；

步骤302，将立柱与所述顶梁的连接位置向前移动预设距离的位置作为合力作用点下边界，将立柱与所述顶梁的连接位置向后移动预设距离的位置作为合力作用点上边界。

本实施例中，从侧面看两柱式液压支架只有一个立柱柱，无需生成前后立柱压力聚类图。根据同一采集时刻下所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据和立柱对应的第二立柱压力数据计算各个液压支架中顶梁对应的合力作用点，合力作用点反映了横梁受力的位置，正常情况下，横梁上的合力作用点的位置应该在合力作用点上边界和合力作用点下边界之间，如果横梁上的合力作用点的位置超出合力作用点变化界限，则说明该液压支架横梁受力异常，可能发生片帮现象。

在一种可能的实施例中，所述预设距离为150mm。

图4是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图，如图4所示，图1中的步骤106具体包括：

步骤401，对所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图进行灰度化处理，获取工作面整体液压支架立柱压力分布图。

步骤402，对所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图进行灰度化处理，获取工作面整体液压支架顶梁受力分布图。

本实施例中，原始的二维热力图为RGB图像，其中每个像素包含3个通道的值，进行灰度化处理后，将原始图像同一个像素位置的3个通道RGB的值标准化为0-255区间，形成基于BGR(B：Blue；G：Green；R：Red)的二维图像，像素的蓝色越深表示压力值越大。

步骤403，获取所述工作面整体液压支架立柱压力分布图中各个时间点上所有液压支架对应的目标特征，根据所述目标特征进行聚类处理以获取第一数据聚类片。

所述第一数据聚类片对应工作面整体液压支架立柱压力分布图，所述第一数据聚类片对应工作面整体液压支架顶梁压力分布图，反映了工作面内不同时间点上各个液压支架立柱或顶梁处压力的极值分布特征。

步骤404，获取所述工作面整体液压支架顶梁压力分布图中各个时间点上所有液压支架对应的目标特征，根据所述目标特征进行聚类处理以获取第二数据聚类片。

对所述工作面整体液压支架立柱压力分布图和工作面整体液压支架立柱压力分布图进行特征初步筛选，即依次对每一个采样时间点的工作面所有倾向的压力数据进行极值和间距的筛选，将极小值和相邻两台支架的数据进行特征选取，并将选取的特征进行聚类，在较大范围内进行数据点连接，形成第一数据聚类片和第二数据聚类片。

步骤405，识别所述第一数据聚类片和第二数据聚类片的轮廓，根据所述轮廓获取第一片帮范围标注图像和第二片帮范围标注图像。

所述第一片帮范围标注图像的轮廓内的支架立柱实际合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限以外，所述第二数据聚类片的轮廓内的支架顶梁实际合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限以外。

如果支架顶梁实际合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限以内，说明支架支护效果较好，工作面煤壁因支架顶板支护效果差而出现片帮的可能性较低；如果支架顶梁实际合力作用点在所述合力作用点动态变化下界限以下，此时，支架顶梁合力作用点出现在顶梁超前部分，并且支架顶梁处于低头状态，工作面顶板压力较大，极有可能出现煤壁片帮现象。

图5是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析方法的流程图，如图5所示，图1中的步骤106还包括：

步骤501，将工作面中既属于所述第一片帮范围标注图像，又属于第二片帮范围标注图像的液压支架作为待定支架，并获取所述待定支架的所述位姿类别。

所述第一片帮范围标注图像内的支架立柱实际合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限以外，所述第二片帮范围标注图像内的支架顶梁实际合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限以外。当液压支架既属于所述第一片帮范围标注图像，又属于第二片帮范围标注图像的液压支架，说明该液压支架处出现煤壁片帮现象的概率极大，可以作为待定支架。

步骤502a，如果所述待定支架的位姿类别为风险位姿，且所述待定液压支架中所述顶梁的合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限范围之外，确定所述预警级别为第一预警级别；

对于既在所述基于立柱压力的片帮中心与第一片帮范围标注图像的标注范围中，也在所述基于支架顶梁受力的片帮中心与第一片帮范围标注图像的标注范围中，位姿又属于工况2、工况5或工况8的液压支架所在区域可以确定为一级预警区域，对应第一预警级别。

步骤502b，如果所述待定支架的位姿类别为无风险位姿，且所述待定液压支架中所述顶梁的合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限范围之外，确定所述预警级别为第二预警级别；

对于既在所述基于立柱压力的片帮中心与第一片帮范围标注图像的标注范围中，也在所述基于支架顶梁受力的片帮中心与第一片帮范围标注图像的标注范围中，但位姿不属于工况2、工况5或工况8的液压支架所在区域可以确定为二级预警区域，对应第二预警级别。

步骤502c，如果所述待定支架的位姿类别为风险位姿，且所述待定液压支架中所述顶梁的合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限范围之内，确定所述预警级别为第三预警级别；

对于不在所述基于立柱压力的片帮中心与第一片帮范围标注图像的标注范围中，也不在所述基于支架顶梁受力的片帮中心与第一片帮范围标注图像的标注范围中，但位姿属于工况2、工况5或工况8的液压支架所在区域可以确定为三级预警区域，对应第三预警级别。

步骤502d，如果所述待定支架的位姿类别为无风险位姿，且所述待定液压支架中所述顶梁的合力作用点在所述合力作用点动态变化上下界限范围之内，确定所述预警级别为第四预警级别。

对于不在所述基于立柱压力的片帮中心与第一片帮范围标注图像的标注范围中，也不在所述基于支架顶梁受力的片帮中心与第一片帮范围标注图像的标注范围中，位姿也不属于工况2、工况5或工况8的液压支架所在区域可以确定为四级预警区域，对应第四预警级别。第一预警级别的区域基本上没有出现煤壁片帮现象的风险。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

图6是根据一示例性实施例示出的一种综采工作面煤壁片帮趋势及区域分析装置的框图。参照图6，该装置包括：

角度检测模块610，用于在液压支架上的目标监测位置安装三轴倾角传感器，采集所述三轴倾角传感器发送的目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据，所述目标监测位置包括：顶梁、掩护梁和底座；

压力采集模块620，用于采集工作面倾向方向上所述液压支架的第一立柱压力数据和工作面推进方向上的第二立柱压力数据；

位姿确定模块630，用于根据所述目标监测位置在工作面推进方向上的角度数据确定所述液压支架的整架位姿类别；

第一热力图生成模块640，用于根据所述工作面倾向方向上所述液压支架的第一立柱压力数据生成工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图，其中，所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图以支架号为纵轴，以采样时间点为横轴；

第二热力图生成模块650，用于根据所述角度数据和所述第二立柱压力数据获取液压支架顶梁合力作用点变化界限，并生成工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图，其中，所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图以支架号为纵轴，以采样时间点为横轴；

预警模块660，用于对所述工作面整体液压支架立柱压力分布二维热力图和所述工作面整体液压支架顶梁受力分布二维热力图进行图像识别处理以获取第一片帮范围标注图像和第二片帮范围标注图像，并根据所述液压支架的整架位姿类别获取工作面煤壁片帮区域的预警级别。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

图9是根据一示例性实施例示出的一种用于的装置900的框图。例如，装置900可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。

参照图9，装置900可以包括以下一个或多个组件：处理组件902，存储器904，电力组件906，多媒体组件908，音频组件910，输入/输出(I/O)的接口912，传感器组件914，以及通信组件916。

处理组件902通常控制装置900的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件902可以包括一个或多个处理器920来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件902可以包括一个或多个模块，便于处理组件902和其他组件之间的交互。例如，处理组件902可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件908和处理组件902之间的交互。

存储器904被配置为存储各种类型的数据以支持在设备900的操作。这些数据的示例包括用于在装置900上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器904可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源组件906为装置900的各种组件提供电力。电源组件906可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置900生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件908包括在所述装置900和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件908包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当设备900处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

音频组件910被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件910包括一个麦克风(MIC)，当装置900处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器904或经由通信组件916发送。在一些实施例中，音频组件910还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口912为处理组件902和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件914包括一个或多个传感器，用于为装置900提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件914可以检测到设备900的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为装置900的显示器和小键盘，传感器组件914还可以检测装置900或装置900一个组件的位置改变，用户与装置900接触的存在或不存在，装置900方位或加速/减速和装置900的温度变化。传感器组件914可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件914还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件914还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。

通信组件916被配置为便于装置900和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置900可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，运营商网络(如2G、3G、4G或5G)，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件916经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件916还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

在示例性实施例中，装置900可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。

在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的存储介质，例如包括指令的存储器904，上述指令可由装置900的处理器920执行以完成上述方法。可选地，存储介质可以是非临时性计算机可读存储介质，例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

图10是根据一示例性实施例示出的一种的装置1000的框图。例如，装置1000可以被提供为一服务器。参照图10，装置1000包括处理组件1022，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1032所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1022的执行的指令，例如应用程序。存储器1032中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1022被配置为执行指令，以执行上述方法。

装置1000还可以包括一个电源组件1026被配置为执行装置1000的电源管理，一个有线或无线网络接口1050被配置为将装置1000连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口1058。装置1000可以操作基于存储在存储器1032的操作系统，例如Windows ServerTM，MacOS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM或类似

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。