一种煤矿开采实时监测分析方法及系统与流程

本发明属于矿井内部的监测分析领域，涉及到一种煤矿开采实时监测分析方法及系统。

背景技术：

1、在煤矿开采过程中，液压支架被用于支撑和稳定巷道顶板，以防止岩层塌方，然而，由于地质条件的复杂性和采矿活动的振动，液压支架容易发生裂缝，并且通过这些裂缝会发生振动机器对支架的影响，这种情况对于煤矿安全和生产的稳定性具有重要影响。为了确保煤矿的安全和工作环境的稳定性，煤矿现场应重视并采取必要的措施来监测和预防液压支架裂缝筛漏问题，并合理规划和使用振动机器，以降低对支架的不良影响。

2、首先，相邻液压支架之间的裂缝筛漏可能导致支架的稳定性受损，从而危及工作人员的安全，液压支架在承载煤矿巷道顶板的过程中，必须能够承受来自岩层的压力，当液压支架结构出现缺陷时，岩层压力可能导致支架的失稳甚至倒塌，这将给工作人员带来直接的伤害风险，甚至危及生命安全。其次，振动机器对液压支架的影响可能加剧裂缝筛漏问题。在煤矿开采过程中，振动设备如采煤机、输送机等会产生频繁的振动，这些振动会传递到液压支架上，如果液压支架已经存在支撑不稳情况，振动机器的作用将使得裂缝进一步扩大，从而增加了尘土和其他杂质通过裂缝泄漏的可能性。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种煤矿开采实时监测分析方法及系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种煤矿开采实时监测分析方法，包括如下步骤：a1、液压支架的区域划分：对矿井内部液压支架的布设位置进行分区划分，并将各布设区域依次编号为1,2,...i...,c，统计各布设区域内液压支架的布设数量，且按液压支架的设计结构对其进行部件划分，部件划分为前梁部件、顶梁部件、掩护梁部件。

3、a2、液压支架运行数据监测：以某布设区域内的某液压支架为例，将其记为指定液压支架，分析指定液压支架的倾斜状态变化率及指定液压支架的承压能受度，据此评估各布设区域内液压支架的结构健康指数φi。

4、a3、获取机器运行数据：提取矿井内部各振动机器的操作时间和振动幅度，分析各布设区域对应振动机器工作影响因子λi。

5、a4、尘土筛漏风险评估：获取各布设区域内相邻液压支架的裂缝宽度综合变化量，分析液压支架综合布设区域的矿土筛漏风险指数。

6、a5、矿井塌陷风险预测：获取当前监测周期的采矿工作计划量对应机器工作频繁度，预测未来周期的尘土筛漏风险指数。

7、a6、预警反馈：设定尘土筛漏风险指数安全值，当未来周期的尘土筛漏风险指数超过尘土筛漏风险指数安全值时，进行风险预警反馈。

8、在本发明的具体实施例中，所述分析指定液压支架的倾斜状态变化率，具体方式为：将指定液压支架的相邻液压支架记为目标液压支架，在指定液压支架和目标液压支架对应各部件的相同边缘位置标记连接点，将两个液压支架对应各部件的相同边缘位置对应连接点进行连线，记为各部件标记线。

9、以指定液压支架各部件的连接点为起始点、与指定液压支架各部件起始点距离最短的边缘点为终结点，将指定液压支架各部件起始点与终结点之间的距离线记为指定液压支架各部件宽面距离线。

10、将各部件标记线与指定液压支架对应部件宽面距离线进行重叠对比，得到指定液压支架各部件的侧向倾斜角度θ′m，m＝m1或m2或m3，m1为前梁部件，m2为顶梁部件，m3为掩护梁部件。

11、构建指定液压支架的空间结构模型，将其与预置系数原始结构空间模型进行对比，提取指定液压支架各部件的水平倾斜角度θ″m。

12、由计算公式得到指定液压支架的倾斜状态变化率其中a1、a2分别为设定的侧向倾斜角度、水平倾斜角度对应变化率影响占比，a1＞a2。

13、在本发明的具体实施例中，所述指定液压支架的承压能受度相应内容为：获取指定液压支架各部件对应边缘位置和中间位置的承载压力，将其与液压支架对应部件相应边缘位置和中间位置的预定义承载压力极限值进行对比并求和，得到指定液压支架各部件的承载压力综合差gm，计算指定液压支架各部件的承压能受度τm,进一步分析得到指定液压支架的承压能受度其中τ'表示承压能受度的指定参照值，ξ表示承压能受度的设定偏差修正因子，e为自然常数。

14、在本发明的具体实施例中，所述各布设区域内液压支架的结构健康指数评估方式为：根据指定液压支架的倾斜状态变化率及承压能受度对应分析方式，同理分析各布设区域内各液压支架的倾斜状态变化率和承压能受度，分别记为ηin，n为液压支架编号，n＝1,2,...,z。

15、实时获取各布设区域内各液压支架的立柱高度hin，并从web云端存储平台中提取各布设区域内各液压支架的原始立柱高度h′in，计算各布设区域内液压支架的结构健康指数

16、在本发明的具体实施例中，所述分析各布设区域对应振动机器工作影响因子对应分析方式为：基于矿井内部各振动机器的操作时间和振动幅度，构建各布设区域内各振动机器的操作时间-振动幅度变化图，提取各振动机器的峰值振动幅度及其对应工作时间点，分别记为pj、tj，j为振动机器的编号，j＝1,2,…,b。

17、获取各布设区域中心位置与各振动机器工作位置之间的距离，记为lij,分析各布设区域对应振动机器工作影响因子其中p'为设定参照振动幅度，l'为布设区域中心位置与振动机器工作位置之间的设定参照距离，b为布设区域内振动机器数量，χ为设定的振动幅度比率对应工作影响修正系数。

18、在本发明的具体实施例中，所述分析液压支架综合布设区域的矿土筛漏风险指数，具体分析步骤为：获取指定液压支架前梁部件的边缘最低点位置，进而获取其与目标液压支架之间的最短距离，记为指定液压支架的参照距离。

19、同理获取目标液压支架前梁部件的边缘最低点位置与指定液压支架之间的最短距离，记为目标液压支架的参照距离。

20、对指定液压支架和目标液压支架的参照距离进行均值计算，求解得到指定相邻液压支架的裂缝宽度，按上述方式同理得到各布设区域内各相邻液压支架的裂缝宽度。

21、从web云端存储平台中提取各布设区域内各相邻液压支架的初始裂缝宽度，将其与对应布设区域内对应相邻液压支架的裂缝宽度进行作差及求和，得到各布设区域内相邻液压支架的裂缝宽度综合变化量li。

22、将λi、φi代入公式分析得到液压支架综合布设区域的矿土筛漏风险指数δ，式中l'为裂缝宽度变化量对应设定参照值。

23、在本发明的具体实施例中，所述当前监测周期的采矿工作计划量对应机器工作频繁度相应分析方式为：设定采矿工作的监测周期时长，获取当前监测周期的采矿工作计划量，统计当前监测周期的采矿工作计划量对应振动机器综合操作时长、综合振动幅度，分别记为t0、p0，计算当前监测周期的采矿工作计划量对应机器工作频繁度其中t″表示设定的振动机器参照操作时长，p″表示设定的参照振动幅度，u1、u2分别表示设定的操作时长、振动幅度对应工作频繁度影响权重，y表示设定的机器工作频繁度对应浮动修正因子。

24、在本发明的具体实施例中，所述预测未来周期的尘土筛漏风险指数相应分析方式为：获取未来周期的采矿工作计划量q未，计算未来周期的尘土筛漏风险指数q前为当前监测周期的采矿工作计划量，为设定的单位机器工作频繁度对尘土筛漏风险指数的影响修正因子。

25、在本发明的具体实施例中，所述风险预警反馈内容如下：将各布设区域内液压支架的布设数量记为ei,计算各布设区域内的矿土筛漏局部风险指数式中e'表示设定的布设数量对比值，φ'表示结构健康指数对应设定阈值，r表示大于1的指定常数，ρ1、ρ2分别表示设定的液压支架结构健康指数、裂缝宽度综合变化比对应风险权衡因子。

26、将各布设区域内的矿土筛漏局部风险指数与预置的矿土筛漏局部风险指数极值进行对比，筛选出超过矿土筛漏局部风险指数极值的各布设区域，记为各危险区域，进一步获取各危险区域位置，并将危险区域位置按矿土筛漏局部风险指数从大至小进行排序显示。

27、在本发明另一方面提出的一种煤矿开采实时监测分析系统，包括：液压支架的区域划分模块：用于对矿井内部液压支架的布设位置进行分区划分，并将各布设区域依次编号为1,2,…i…,c，统计各布设区域内液压支架的布设数量，且按液压支架的设计结构对其进行部件划分，部件划分为前梁部件、顶梁部件、掩护梁部件。

28、液压支架运行数据监测模块：用于获取某布设区域内的某液压支架，以该布设区域内的该液压支架为例，将其记为指定液压支架，分析指定液压支架的倾斜状态变化率及指定液压支架的承压能受度，据此评估各布设区域内液压支架的结构健康指数φi。

29、机器运行数据获取模块：用于提取矿井内部各振动机器的操作时间和振动幅度，分析各布设区域对应振动机器工作影响因子λi。

30、尘土筛漏风险评估模块：用于获取各布设区域内相邻液压支架的裂缝宽度综合变化量，分析液压支架综合布设区域的矿土筛漏风险指数。

31、矿井塌陷风险预测模块：用于获取当前监测周期的采矿工作计划量对应机器工作频繁度，预测未来周期的尘土筛漏风险指数。

32、预警反馈模块：用于设定尘土筛漏风险指数安全值，当未来周期的尘土筛漏风险指数超过尘土筛漏风险指数安全值时，进行风险预警反馈。

33、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)本发明通过对不同区域液压支架的倾斜状态变化率和承压能受度进行评估，分析液压支架的结构健康指数，可以及时发现液压支架的问题并采取相应的维修和强化措施，从而保障液压支架的稳定性和安全性。

34、(2)本发明通过获取振动机器的操作时间和振动幅度数据，分析各布设区域对应振动机器工作影响因子，可以准确评估振动对液压支架的影响程度，进而有利于采取相应的控制和调整措施，降低振动对液压支架稳定性的不利影响，从而提高煤矿的安全性和生产效率，减少事故风险，保障工人和设备的安全。

35、(3)本发明通过获取相邻液压支架之间的裂缝宽度变化量，评估尘土筛漏风险，并根据当前监测周期内的采矿工作计划量和机器工作频繁度，提前预警未来周期的尘土筛漏风险指数，这样有助于提前预测塌陷风险，进而可以及时采取必要的防护治理措施和调整工作计划，最大限度地减少矿井事故的发生，保障矿山的稳定和安全运行。