基于支架工作阻力的工作面矿压显现规律自动分析技术研究.pdf

分类号分类号TD323TD323 密密 级级 公公 开开 U D C 单位代码单位代码1042410424 学学 位位 论论 文文 基于支架工作阻力的工作面基于支架工作阻力的工作面矿压矿压 显现规律显现规律自动分析技术研究自动分析技术研究 赵赵 吉吉 玉玉 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位 专业专业名名称称采采 矿矿 工工 程程 指导教师姓名指导教师姓名吴吴 士士 良良 职职 称称 教教 授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一二零一七七年年六六月月 万方数据 论文题目论文题目 基于支架工作阻力的基于支架工作阻力的工作面工作面矿压矿压显现显现规律规律 自动分析技术研究自动分析技术研究 作者姓名作者姓名赵赵 吉吉 玉玉 入学时间入学时间 20142014 年年 9 9 月月 专业专业名称名称采矿工程采矿工程 研究方向研究方向矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制 指导教师指导教师吴吴 士士 良良 职职 称称 教教 授授 论文提交日期论文提交日期2017 年年 04 月月 论文答辩日期论文答辩日期2017 年年 06 月月 授予学位日期授予学位日期 万方数据 RESEARCH ON AUTOMATIC ANALYSIS TECHNOLOGY OF STRATA PRESSURE BEHAVIOR BASED ON WORKING RESISTANCE OF SUPPORTS A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF ENGINEERING from Shandong University of Science and Technology by Zhao Jiyu Supervisor Professor Wu Shiliang College of Mining and Safety Engineering June 2017 万方数据 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公 认的文献外，全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。认的文献外，全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。除文中已经除文中已经 标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研 究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 硕士生签名硕士生签名 日日 期期 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解本人完全了解山东科技山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所 撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理。。 作为申请学位的条件之一，作为申请学位的条件之一，学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其 指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学有关数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学 校档案馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用校档案馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆描等复制手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆 可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内 师生阅读、浏览。师生阅读、浏览。 （保密的学位论文在解密后适用本授权（保密的学位论文在解密后适用本授权）） 硕士生硕士生签名签名 导师签名导师签名 日日 期期 日日 期期 万方数据 学位论文审查学位论文审查认定书认定书 研究生研究生 在规定的学习年限内， 按照培养方案及个人培养计划，在规定的学习年限内， 按照培养方案及个人培养计划， 完成了课程学完成了课程学习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文，习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文， 论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关 规定，同意将本论文作为申请学位论文。规定，同意将本论文作为申请学位论文。 导师导师签名签名 日日 期期 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘摘 要要 随着工作面支架工作阻力监测系统信息化、智能化的发展，支架工作阻力 监测数据已经进入了大数据时代，尤其是基于电液控制液压支架的非测站式监 测系统，每天数据采集量达数百万条，这为工作面顶板矿压显现规律分析和来 压预测预报提供了数据基础。但对于海量的监测数据，目前并没有与之配套的 有效分析手段。传统的人工分析方法，分析工作量较大，分析效果较差，大量 压力数据并没有得到充分的分析和利用。 本文基于矿压分析理论、支架工作阻力监测数据的统计特征和矿压分析专 家技术经验的系统研究，准确定义了支架工作循环、支架初撑力、循环末阻力 等支架工作阻力参数并提出了新的来压判别标准和分析方法，借助于 Windows .Net Framework4.0SQL Server 2008 R2express 平台，采用 C语言开发出一套 与目前支架工作阻力监测系统配套的矿压显现规律自动分析软件。该软件可实 现工作面监测支架的移架线路的实时显示；自动分析支架初撑力、循环末阻 力、平均工作阻力等工作阻力参数，并以图表的形式表现；实时显示工作面推 进过程中顶板压力分布情况及压力值分布比例；根据来压判别标准自动分析工 作面顶板来压强度、来压步距、动载系数等矿压显现特征的参数；能对工作面 开采矿压规律全程留痕；具有矿压监测数据查询及矿压分析报告自动生成功 能，实现互联网矿压的有效结合。 本软件在山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司、神华神东煤炭集 团有限责任公司布尔台煤矿和大柳塔煤矿得到了成功应用，实现了工作面矿压 显现特征参数的实时自动分析。应用实践表明，本软件分析准确率高，分析效 果好，节约了大量人力物力，对工作面顶板管理控制具有重要的指导意义，具 有较强的科学性、实用性和推广价值。 关键词关键词采煤循环，支架工作阻力，实时分析，矿压特征参数 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Abstract Abstract With the development of ination and intelligence on monitoring system concerning working resistance of support collected in coal face, the monitoring data of working resistance of support has entered the age of mass data. In particular, the non-station monitoring system based on hydraulic support controlled by electro-hydraulic collects millions of data every day, which provides a data basis for the analysis of strata pressure behavior and the prediction of roof weighting. However, for a large number of monitoring data, there is no effective analysis . The traditional manual analysis is characterized by heavy workload and poor effectiveness., and a large number of pressure data have not been fully analyzed and utilized. According to the analysis theory of ground pressure, the statistical characteristics of monitoring data of working resistance of support and the expert experience about analysis of mine pressure, this paper defines the parameter of working resistance of support the working cycle of the support, the initial support force and the resistance at the end of the loop and puts forward a new pressure criterion and analysis . With the help of Windows.Net Framework4.0SQL Server 2008 R2express plat, a set of automatic analysis software matching by the monitoring system of working resistance of support has been developed by using C programming language. The software realizes the real-time display of the moving frame of the monitoring support, analyzs the working resistance parameters the initial support force, the end resistance and the average working resistance and displays the distribution of roof pressure with the advance of working face. According to the criterion of roof pressure, this software automatically analyze the main parameters of mine pressure, such as roof pressure strength, the pressure step distance, dynamic load factor. Moreover, this software has the function to memory the law of strata pressure behavior, has data inquiry function and has the function to automatically generate the analysis report of mine pressure. These function achieves the combination of internet and mine pressure effectively. This software has been successfully applied in Shanxi coal import and Export Group Zuoyun Changchun Coal Industry Co., Ltd. , Shenhua coal Refco Group Ltd Buertai coal mine and Daliuta coal mine, and realized the real-time automatic analysis of the characteristic parameters of working face pressure. Application 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Abstract practice shows that the software analysis of ground pressure with high accuracy, save a lot of manpower and resources, has guiding significance to the working face roof control control decision, has strong practicability and popularization value. Keywords mining cycle, working resistance of support, real time analysis, characteristic parameters of mine pressure 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 Ⅰ 目目 录录 1 绪论绪论 ..................................................................................................... 1 1.1 课题的提出及研究意义 ............................................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ......................................................................................... 2 1.3 主要研究内容及方法 ................................................................................. 6 1.4 技术路线 ..................................................................................................... 7 2 工作面矿压显现规律自动分析关键技术研究工作面矿压显现规律自动分析关键技术研究 ................................ 8 2.1 矿压显现规律分析技术基本骨架 ............................................................. 8 2.2 支架工作阻力分析 ................................................................................... 10 2.3 工作面主要矿压显现特征参数分析 ....................................................... 25 2.4 小结 ........................................................................................................... 29 3 矿压自动分析软件简介矿压自动分析软件简介 ................................................................... 31 3.1 软件组成 ................................................................................................... 31 3.2 软件开发基础 ........................................................................................... 31 3.3 软件运行环境 ........................................................................................... 32 3.4 主要功能及显示 ....................................................................................... 32 3.5 分析过程 ................................................................................................... 41 3.6 小结 ........................................................................................................... 43 4 工程实例工程实例 ........................................................................................... 44 4.1 工作面概况 ............................................................................................... 44 4.2 支架工作阻力分析 ................................................................................... 45 4.3 工作面顶板来压分析 ............................................................................... 52 4.4 小结 ........................................................................................................... 56 5 主要结论及展望主要结论及展望 ............................................................................... 58 5.1 主要结论 ................................................................................................... 58 5.2 展望 ........................................................................................................... 59 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 Ⅱ 参考文献参考文献 ................................................................................................. 60 附录附录 ......................................................................................................... 64 致谢致谢 ......................................................................................................... 69 攻读硕士期间主要成果攻读硕士期间主要成果 ......................................................................... 70 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Contents Ⅲ Contents 1 Introuction ............................................................................................................ 1 1.1 The Raise and Research Significance of Issue ............................................................... 1 1.2 Research Status at Home and Abroad ............................................................................. 2 1.3 Main Research Contents and s ........................................................................... 6 1.4 Main Technical Route ..................................................................................................... 7 2 Research on Key Techniques of Automatic Analysis of Strata Pressure Behavior in Working Face ......................................................................................... 8 2.1 The Basic Skeleton of the Analysis Technique of Strata Pressure Behavior .................. 8 2.2 The Sesearch on Working Resistance of Support ......................................................... 10 2.3 The Main Parameters of Strata Behavior Analysis ....................................................... 25 2.4 Summary ....................................................................................................................... 29 3 The Introduction of Automatic Analysis Software for Mine Pressure Regularity ................................................................................................................. 31 3.1 Software Somposition ................................................................................................... 31 3.2 The Foundation of Software Development ................................................................... 31 3.3 Software Runtime Environment ................................................................................... 32 3.4 Main Function and Display .......................................................................................... 32 3.5 Analysis Process ........................................................................................................... 41 3.6 Summary ....................................................................................................................... 43 4 Engineering Example ........................................................................................ 44 4.1 General Situation of Working Face............................................................................... 44 4.2 The Analysis of Support Working Cycle and Working Resistance ............................... 45 4.3 The Analysis of Working Face Roof Pressure .............................................................. 52 4.4 Summary ....................................................................................................................... 56 5 Main Conclusions and Outlook ........................................................................ 58 5.1 Main Conclusions ......................................................................................................... 58 5.2 Outlook ......................................................................................................................... 59 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Contents Ⅳ References ................................................................................................................. 60 Appendix ................................................................................................................... 64 Thanks ....................................................................................................................... 69 Main Work Achievement of the Author during Working on Master Paper ....... 70 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 课题的提出及研究意义课题的提出及研究意义 近年来，随着工作面自动化、信息化的发展，综采工作面安全性和生产效 率得到了很大的提升。但综采工作面因顶板矿压显现问题造成的伤亡事故仍不 时发生，因工作面局部冒顶、压架、倒架等事故造成的停机率仍然居高不下。 液压支架是综采工作面主要支护手段，支架工作状态可间接反映工作面开 采过程中顶板运动状态，如顶板来压时间、来压强度、来压持续步距等顶板运 动参数，因此基于综采工作面支架工作状态的矿压监测和分析已成为保障煤矿 安全高效生产的重要手段[1, 2]。随着矿压监测技术日趋成熟，支架工作阻力监 测设备也日趋信息化和智能化，实现了监测数据的连续采集与储存，实时上传 与显示。具有代表性的监测系统主要有两种测站式支架工作阻力监测系统和 基于电液控制液压支架的非测站式支架工作阻力监测系统[3]。 目前，工作面支架工作阻力监测已经进入大数据时代，尤其是基于电液控 制液压支架的非测站式支架工作阻力监测系统，每天采集数据量特别巨大，动 辄每天达数千万条。如布尔台煤矿 42106 工作面，使用德国 MARCO 公司的 PM31系统，数据采集间隔约为6秒，每天单架取数达14400个，工作面现有液 压支架 153 台，则每天产生矿压监测数据达 220 万个，每月产生矿压监测数据 达6609万个，每年产生矿压监测数据达7亿个。虽然监测数据量巨大但其价值 密度较低，以每天割煤 20 刀，推进步距 16m 计算，单架共需选取约 40 个矿压 数据（20 个初撑力，20 个循环末阻力），而采集数据量为 14400 个，其中近 99.7以上的矿压数据属于无效数据。 对于海量的支架工作阻力监测数据，目前并没有有效的手段进行深度的挖 掘与分析。传统的分析方法大多是人工导出监测数据，然后人工进行挑选支架 初撑力、循环末阻力等参数，进而分析工作面顶板来压显现规律。但是这种方 法人工分析工作量巨大，数据分析效果较差，大量压力数据并没有得到充分的 分析与利用。因此，急需要开发一套与之配套的矿压自动分析软件。 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 2 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 工作面工作面支架工作阻力支架工作阻力监测监测系统系统研究现状研究现状 液压支架是现代化矿井综采（放）工作面核心支护设备，用来支撑和维护 采煤工作面控顶区顶板状态，液压支架所受的顶板压力是工作面矿山压力显现 的主要表现之一[4, 5]。从二十世纪六十年代开始，国内外很多研究人员就已经 开始研究工作面支架工作阻力监测系统，其中主流监测系统有两大类测站式 支架工作阻力监测系统和基于电液控制液压支架的非测站式支架工作阻力监测 系统。 1）国外研究现状 国外支架工作阻力监测系统主要以基于电液控制液压支架的非测站式监测 系统为主。早在二十世纪六、七十年代，国外发达国家就已经开始研制开发支 架工作阻力监测系统，到八、九十年代开发研究工作进入实质性应用的阶段， 并逐步与液压支架其它电液控制系统相融合。到了本世纪初，基于电液控制液 压支架的非测站式支架工作阻力监测系统已经非常成熟，工作性能和可靠性得 到了很大的提高，基本满足现代化矿井安全、高效、高产的使用要求[6, 7]。 目前，基于电液控制液压支架的非测站式支架工作阻力监测系统属整个液 压支架电液控制系统的一部分。以德国 DBT 公司的 PM4 型电液控制系统为 例，通过电液控制系统实现降架、拉架、升架、前移、推送输送机、收护帮板 及放顶煤等支架动作的自动控制、程序