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基于U型区特征参数提取的智能化工作面冒顶预警方法

发布时间: 2022-02-17

来源: 试点城市（园区）

基本信息

合作方式： 技术转让
成果类型： 发明专利,新技术
行业领域：
采矿业
成果介绍

一、项目意义

       煤矿综采工作面安全生产的影响因素包括地质条件、开采技术、支护设备及人工操作等。在浅埋、软弱夹矸、复合顶板、超大采高等开采条件下，工作面前方煤壁因应力加卸载、疲劳损伤及开采诱导下极易发生大范围片帮，并可能引起严重的冒顶事故。综采工作面冒顶发生的前提是顶板破碎区域的产生与扩展,存在冒顶风险的区域,顶板载荷向冒顶隐患区域两侧支架转移,工作面沿倾向支架载荷呈现出“高—低—高”的“U”型承载特征，见附图1，附图2。因此，实际生产过程中，需对工作面顶板的状态参数进行实时监测，以确保煤矿安全高效生产。

       传统的工作面顶板状态参数的监测主要依靠人工完成，时效性差、主观性强，导致预警的安全风险较高。近几年，国内围绕“人工智能+煤矿开采”的开采模式开展了大量研究和实践，在工作面支架数据的智能感知和智能决策方面有了明显突破。国内智能化开采工作面中的支架均装备有压力传感器，传感器信号通过光纤和矿井工业环网传输到工作面端头及地面服务器并用于支架-顶板状态的智能感知。工作面端头集控中心和地面主机一般以支架中心距为基本长度单位实时构建工作面倾向的压力状态图，最终通过简单的阈值预警完成对工作面顶板状态的实时监控。

       随着5G技术和传感器理论进步，支架压力信号的传输速度和精度有了跨越式发展，但是支架间信息缺少深入挖掘和区域关联式分析。一般矿井均以支架压力数据(间隔五或十台支架)来判断工作面整体来压情况，但冒顶范围往往低于十台支架(局部冒顶范围为2-3台支架)，所以目前支架压力数据的处理和分析方法并不能满足冒顶预警的精度要求(精度一般要求达到单台支架宽度)。

      因此，本项目提出一种基于U型区特征参数提取的智能化工作面冒顶预警方法，该方法对U型区的特征参数进行了深度提取，并据此给出了预警判据及等级划分。该方法在智能化工作面压力数据深入挖掘方面具有广阔前景，满足冒顶预警的精度要求，以此提升工作面顶板防控管理水平。

二、项目优势

       本项目公开的一种基于U型区特征参数提取的智能化工作面冒顶预警方法，能够无壁垒兼容目前一些智能矿井已建成的数字矿山安全监测监控系统，基于支架压力大数据的深度挖掘，对冒顶隐患区进行识别并对冒顶危险进行预警，有助于构建对冒顶事故的支架智能感知、决策和控制体系，并具备以下特点：

(1)动作连续性和实时性：支架压力数据采集和传输、支架U型区的识别、冒顶预警等级的划分能够保证动作上的连续和实时；

(2)支架信息的区域性分析：支架信息的采集及特征值的提取都注重区域性分析，既保证了预警的精度达到单台支架宽度，又降低了工作面冒顶区漏判的可能；

(3)特征值的提取：选取冒顶隐患区范围、冒顶隐患区数量分布特征、偏度系数和当前矿压显现强度作为“U”型区的特征参数，并出了特征值提取的方法；

(4)预警级别划分：根据特征值细化了冒顶预警级别，进一步保障了感知、决策和控制动作的连贯性。

三、转化需求

（1）本成果技术成熟，市场需求大，但项目大面积推广资金投入较大，需要政府给予一定的政策和资金扶持。（2）本技术成果也可在其他相关领域应用，但需要做进一步的针对性研究。

成果亮点
团队介绍
成果资料