支架工作阻力大数据分析系统.pdf
第 4 3卷 第 1 1 期 2 0 1 7年 1 1月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a n d M i ne Aut oma t i o n Vo 1 . 4 3 NO . 11 NOV . 2 O 1 7 ’ 。⋯ i 经验交流 I. ⋯ ◆⋯ . ⋯ . . I.’ 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 1 l 一 0 0 8 6 0 4 D OI 1 0 . 1 3 2 7 2 / j . i s s n . 1 6 7 1 2 5 1 x . 2 0 1 7 . 1 1 . 0 1 7 支架工作阻力大数据分析系统 吴士 良 , 杨路 林 。 1 . 山东科技大学 矿业与安全工程学院,山东 青岛 2 6 6 5 9 0 ; 2 . 青 岛本末 岩控 技术 有 限公 司 ,山东 青 岛 2 6 6 5 9 0 摘要 为 实现 支 架工作 阻力 大数 据快 速分析 , 提 出 了支架 工 作 阻力 大数 据 处 理 流程 , 设 计 了一 种 支架 工 作 阻力 大数据 分析 系统 。该 系统可 实现 支架 工作 阻 力大数 据 的 自动 分析 , 并 通过 数据 可视 化技 术 , 将矿 压 分 析 结果以专业图形和报表等形式直观表 达, 反映出顶板运动状态, 便于指导工作面安全生产。 关键 词 煤炭 开采 ;大数据 ;支 架工作 阻 力 ; 矿 压 分析 ;顶 板运 动 ;可视 化 中图分类 号 TD6 7 文献标 志码 A 网 络 出版时 间 2 0 1 7 1 0 2 7 0 9 3 1 网络 出版 地址 h t t p / / k n s . c n k i . n e t / k c ms / d e t a i l / 3 2 . 1 6 2 7 . TP . 2 0 1 7 1 O 2 7 . 0 9 3 1 . O 1 7 . h t ml Bi g da t a a na l y s i s s ys t e m o f wo r k i n g r e s i s t a nc e o f s u p po r t W U S hi l i a n g . YANG Lul i n 。 1 . S c h o o l o f M i n i n g a n d S a f e t y En g i n e e r i n g,S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y,Qi n g d a o 2 6 6 5 9 0,Ch i n a;2 . Qi n g d a o I n s a n d Ou t s S t r a t a Co n t r o l Te c h n o l o g y Co . ,Lt d . ,Qi n g d a o 2 6 6 5 9 0,Ch i n a Ab s t r a c t I n o r de r t o r e a l i z e r a pi d b i g d a t a a n a l ys i s o f wo r ki ng r e s i s t a n c e o f s u pp or t ,a pr oc e s s f l o w of t h e bi g d a t a o f wor ki ng r e s i s t a nc e of s up po r t wa s put f o r wa r d,a nd a b i g da t a a n a l ys i s s y s t e m o f wo r ki ng r e s i s t a n c e o f s u p p o r t wa s d e s i g n e d.Th e s y s t e m c a n r e a l i z e a u t o ma t i c a n a l y s i s o f t h e b i g d a t a a n d v i s u a l l y s ho w t h e mi ne pr e s s u r e a n a l ys i s r e s ul t s i n f o r m of pr o f e s s i on a l gr a p hs a nd r e p or t s t hr ou gh da t a v i s u a l i z a t i o n t e c h n o l o g y,wh i c h r e f l e c t r o o f mo v e me n t s t a t e S O a s t o g u i d e s a f e t y p r o d u c t i o n o f wo r k i n g f a c e . Ke y wo r d sc oa l mi ni ng; b i g d a t a; wo r ki ng r e s i s t a n c e of s up po r t; mi ne p r e s s ur e a n a l ys i s; r o of mo ve m e n t ;v i s ua l i z a t i on 0 引言 大 数据 是指 无法 在一 定时 间 内用传 统数 据库 软 件工具对其 内容进 行 抓取 、 管理 和处 理 的数据 集 合Ⅲ , 被认为是“ 未来的新石油” , 已经成为各界关注 的焦点 , 大数据 时代 已然来临 。随着云计算 、 物 联 网等信息化技术及传感技术在煤矿安全生产中的 应用 5 ] , 数据规模呈级数式增 长。作为 国家能源供 给命脉的煤炭企业 , 应结合矿井 自身特点 , 深度挖掘 其 生产 管理 中的海 量 数 据 , 从 时 空 多 维 度 揭 示 大 数 据 中隐含的知识和规律 , 指导煤矿安全生产经营管 理, 将 煤 矿 安 全 生 产 提 升 到 精 细 化 管 理 的新 层 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 5 3 1 ; 修 回日期 2 0 1 7 O 9 2 5 ; 责任编辑 盛男 。 基 金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 5 0 4 0 9 3 。 作者 简介 吴 士 良 1 9 6 4 一 , 男 , 江苏宜兴 人 , 教授, 博士 , 主要 研究方 向为 矿山压力与 岩层控制 , E ma i l wu s h i l i a n g 3 O O 1 6 3 . c o rn。通 信作 者 杨路林 1 9 9 2 一 , 男 , 山东济宁人 , 硕士研 究生 , 主要研 究方 向为矿 山压力 与岩层 控制, E ma i l y a n g l u l i n 6 2 1 1 6 3 . c o rn。 引用格式 吴士 良, 杨路林. 支架工作阻力大数据分析系统E J 3 . 工矿 自动化 , 2 o 1 7 , 4 3 8 6 8 9 . wu S h i l i a n g , YANG L u l i n . B i g d a t a a n a l y s i s s y s t e m o f wo r k i n g r e s i s t a n c e o f s u p p o r t E J . I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t io n , 2 0 1 7 。 4 3 1 1 8 6 89 . 2 0 1 7年 第 l 1期 吴士 良等 支架工作 阻力 大数 据分 析 系统 8 7 面E 8 - 7 3 。随着高产高效的采 掘生产要求和矿压监测 仪器 性 能 的快速 提 升 , 来 源 于 外 挂 测 站式 监 测 系统 和基 于 支架 电液 控制 系统 的非 测站 式监 测 系统 的支 架工作阻力监测数据具有体量大、 种类多、 价值密度 低、 生成速度快的特征_ 8 ] , 可看作大数据。如何实现 支架工 作 阻 力 大数 据 的快 速分 析 成 为 了关 键 问 题[ 9 。 。本文设计 了一种支架工作阻力大数据分析 系统 。 1 支 架 工作 阻 力大数 据处 理流 程 支架工作阻力是顶板压力通过顶梁传递到支架 立柱上的力 , 由每根立柱柱腔液体压力来反映, 故在 对支架工作阻力进行连续观测 的基础上, 可通过支 架工作阻力的大小推 断顶板运动状态 , 对综采工作 面顶板 运动规律 进行分析[ 1 。本文按 照 以下 流 程对支架工作阻力大数据进行处理 。 1 获取支架工作阻力监测原始数据。上位机 软件直接获取支架工作阻力监测原始数据 , 同时根 据记 录的数据生成支架工作阻力实时曲线 。但该曲 线 缺少 反 映采 场推 进 时 空 关 系 的 描述 参 数 , 只 能简 单反 映某一时刻 的顶板压力情况 , 无 法精确反 映工 作面推进到一定位置处的顶板压力变化情况。 2 划分采煤循环 。根据支架工作阻力监测原 始数据曲线正负斜率的变化 , 确定支架 工作循环 的 开始 阶段和结束阶段 , 即划分出每一个采煤循环 。 3 选取有效支架工作阻力。为使海量的支架 工作阻力监测原始数据变少 , 需根据支架工作循环 中升架、 降架 、 移架等动作提取出有代表性的有效支 架工作阻力支架初撑力和支架循环末 阻力。支 架初撑力是指在 泵站工作压力作 用下支架立柱 升 起 , 支架的顶梁 与顶板接 紧时, 支架 对顶板 的支撑 力 , 其数值根据支架初撑 阶段 曲线斜率 的变化关 系 确定 ; 支架循环末阻力是指支架工作循环结束 , 移架 前支架对 顶板 的支撑 力 , 其 数值一 般 可取移 架前 1 ~2 rai n内的最 大 工作 阻力 。 4 绘制 有效 支架 工作 阻 力 与工 作 面 总进 尺 和 开采时刻的关系曲线 。 5 定制工作 面支架 的来压线 顶板来压时表 示支架工作阻力最小值的水平线 。为 了对支架工 作阻力大数据展开更深层次的挖掘 , 按照数理统计 方 法定 制工 作 面支 架来 压 线 , 一 般 同 一 区 域支 架 的 来压线高度一致 , 少部分支架需要调整 。 6 划分顶板周期来压 。根据有效支架工作阻 力与工作面总进尺和开采时刻的关系曲线及支架来 压线 , 可划分顶板周期来压 关系曲线高于来压线 的 部 分为 来压 阶段 显 著 运 动 阶 段 , 低 于来 压 线 的部 分为 非来 压 阶段 相 对稳 定 阶段 。将 表征不 同顶 板 运动 状态 的数据 区分开 , 凸显 工作 面 的来压 区域 。 7 统计主要矿压显现特征参数 。为增强支架 工作阻力大数据 的可读性 , 根据有效支架工作阻力 与工作面总进尺和开采时刻的关系曲线统计顶板稳 定运动步距 、 顶板显著运动步距、 顶板周期来压步距 及支架动载系数等矿压显现特征参数。 2 支 架工作 阻力大数 据分 析 系统 功能 在支架工作阻力大数据分析系统中输人工作面 基本参数 工作面名称及编号、 采煤工艺 、 采高、 工作 面走 向长度 及工作面 区域划分 等 、 支架基本参数 安 装监 测分 站 的支架 编号 、 架 型 、 立 柱 内径 、 额定工 作阻力等 和工作面每 日推进度后 , 可实现支架工作 阻力监测原始数据的快速导入。支架工作阻力大数 据 分析 系统采 用数 据 可视 化技 术 I 】 , 可生 成 多 种 图 形和矿压分析报表 , 形象地展示大数据分析结果 。 1 工作面整体支架移架散点图。系统可实现 工作面整体支架的移架路线显示 , 如图 1 所示 , 其中 每一散点代表 1 个支架动架动作 包含正规循环动 作和调架动作 。散点图可帮助 了解工作面生产循 环细 节 。 2 采煤循环划分图表 。系统可生成支架工作 阻力实时曲线及划分采煤 循环 , 并 以图表的形式显 示 , 如图 2 所示 。用户可根据图表查看 支架工作循 环的开始和结束时间, 初撑力 、 循环末阻力及所对应 时刻 。 3 有 效支 架工 作 阻力 与工 作 面 总进 尺 和开 采 时刻的关系曲线 。系统可生成工作面所有支架的有 效支架工作阻力与工作 面总进尺和开采时刻的关系 曲线 , 并在充分结合现场实际的基础上 , 生成支架位 置顶板周期来压概化图和周期来压 优化图, 直观地 显示 顶板 来压 的周 期性 规律 , 如 图 3 所 示 。 4 工 作 面 顶 板 压 力 分 布 云 图 。 系 统 采 用 S u r f e r 软件技术 , 以推进步距 一 支架 编号的二维云 图方式 , 显示开采过程中多个监测支架部位顶板压 力总体分布特征。 5 工作面支架初撑力分布云图。系统可生成 工作面支架初撑力分布云图 , 反映工作面支架初撑 力分布情况。 6 主要 矿压 显现 特征 参 数统 计 表 。系统 统 计 基于工作面周期来压划分的矿压显现特征参数 , 如 顶板稳定运动步距、 顶板显著运动步距 、 顶板周期来 压步距及支架动载系数等 , 每个矿压显现特征参数 都对应 1 个分析报表 。 8 8 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 工 作 面 螭畸 [ i 西 二 二 二圜 初 陴 荫 值叵 耍 ] 反 升 阉 值匪 耍 叵 ]t单 位 k N } 起 始 时 问 I2 0 1 7 -0 2 一 l l 摩 莉 移架时问点 图 l 工作 面整体 支架移架散点 图 Fi g . 1 Mo v e me n t p o i n t s o f o v e r a l l s u p p o r t s i n wo r k i n g f a c e 工作面螅号 l4 2 1 0 6 k; 1 支架编号t医广 『量堂】 结柬 时间 初撑力时同 l棚 掉 力 前 桂 压 力 / M P 翱捧 力 岳 柱 压 力 叫 初撑力, k N { 末阻 时间 束 阻 力 酋 柱 压 力 P I 束 阻 力 后 拄 压 力 { P a 束阻力/ k N 推进 进尺/ m 额定工作阻力, k N 0 o l S 2 0 1 7 . o 2 . 0 i T O O 2 8 2 l 2 O I 7 - 0 2 1 0 l T O O l n I 2 3 0 3 3 0 3 J I 3 3 6 9 2 0 I 7 -02 . 0 T O 0 2 7 2 2 3 8 2 3 8 2 【 6 5 l 6 0 9 l l O ‘ m 2 14 2 】 7 - 0 2 0 T O O 4 8 0 6 2 0 1 7 0 2 0 l T OO 2 8 3 6 i I 6 9 1 6 9 l 6 7 0 7 。 2 0 ” 0 2 - 0 T OO4 6 0 3 2 9 5 2 9 5 l 3 0 l 6 l 6 0 9 q 2 l 0 0 4 8 0 6 I 7 . { 1 2 . 0 T 0 1 3 1 2 O I 7 .02 4 l T 0 0 5 2 2 7 - 2 7 3 2 7 3 J 1 2 0 4 6 2 0 l 7 - 0 2 - 0 T 0 2 2 9 4 5 2 7 3 2 7 3 l 2 0 46 l 61 0 7 21 1 0 0 3 2 3 9 1 7 . 0 Ⅲ T 0 2 5 7 4 I 2 0 1 7 .02 - Ol T 0 2 3 6 1 5 2 5 n 。 2 5 6 】 1 1 2 9 6 2 0 l 7 - 0 2 - 0 T 0 2 4 7 4 5 2 7 7 2 7 7 I 6l I 5 21 0 0 0 ■■口 ■ ■“ 一一 一 一 -w _ _ 3 3 l2 2I 7-0 2 1、 56 45 黜 T0 4 383。 3 ll T 04 48 3 7 2 8 4 2 8 4 1 2 S 3 l l 6 3 l 2 00 0 5 6 4 5 2I 7.0 2-9 T 06 29 29 T 06 28 3 8 3 R 1 3 8 l I6 8 I】 l 6 3 9 2 0 IK J T 0 6 ; 5 5 4 6 l 0 9 3 9 q l 7 6 0 5 1 6 4 7 l H H 1 2 9 2 9 2 O 7 揶 . 0 T 5 0 2 8 T 0 , 0 2 } l 6 , ; 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r a I m a . x . - 系与 全生产 。 今 后 将 研 究 支 架 工 作 阻 力 大 数 据 的 高 层 次 [ j 莘 报 , 2 o l 5 . 。2 。 分 析 、 挖 掘 和展 示技 术 , 根 据工 作 面开采 过 程 中正 在 , 8 昌 o _ 皇 冠 g 善p z . 牟 2 高 0 nl 2 高 宣l l l p 1 . . o _ £ 8 H . 掣 2 舄 0 0 0 岛 . _ 々 8 0 0 篁 N _ z 0 是 宝 . ; ≈ . d 昌 一 岛 0 0 - L n o - 1 0 g l _l l≈ . z . £三 8 0 一 上 c . 一 是 8 I 舶 _l ≈. 譬l 0 8 一 善n N 暑l 0 H 00 昌 帅 0 0 _ a _ l [ z . 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PANG J i n g y u e ,L I U Da t o n g 。e t a 1 .Bi g da t a c onn ot a t i on.t e c hni c a l f r a m e wo r k a nd i t s d e v e l o p me n t [ J ] . J o u r n a l o f E l e c t r o n i c Me a s u r e me n t a nd I n s t r u me nt a t i on, 2 O1 5, 29 4 46 9- 4 82 . 程学旗 , 靳小 龙, 王元卓 , 等. 大数据 系统 和分 析技 术 综述[ J ] . 软件学报 , 2 0 1 4 . 2 5 9 1 8 8 9 1 9 0 8 . CHENG Xu e q i , J I N Xi a o l o n g , WANG Yu a n z h u o , e t a 1 . S u r v e y o n b i g d a t a s y s t e m a n d a n a l y t i c t e c h n o l o g y [ J ] . J o u r n a l o f S o f t wa r e . 2 O 1 4 , 2 5 9 1 8 8 9 1 9 0 8 . 李学龙 . 龚海刚. 大数据 系统综 述[ J ] . 中国科学 信息 科学 , 2 O 1 5 . 4 j 1 卜4 4 . LI Xu e l on g,GONG Ha i g a ng.Sur v e y o n bi g da t a s y s t e m[ J ] . S c i e n t i a S i n i c a I n f o r ma t i o n i s . 2 0 l 5 , 4 5 1 1 44 . 马小平 , 胡延军 , 缪燕 子. 物 联 网、 大 数据及 云计 算技 术在煤矿 安 全生 产 中 的应 片 I 研 究 [ J ] . 工 矿 自动 化 . 2 01 4. 40 4 5 - 9 . 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