一种基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法

本发明涉及煤壁片帮预警，具体涉及一种基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法。

背景技术：

1、随着综合机械化采煤法的普遍应用和煤矿开采设备的更新，煤矿的工作面推进速度加快，煤矿的生产能力不断增大。尽管生产能力的提高能带来更大的经济效益，但工作面推进速度的加快也使得煤壁片帮的概率不断增大，威胁着矿井的安全生产。因此，对矿井煤壁片帮进行预测具有重要意义。目前针对煤壁片帮预测的方法有单因素监测预报、力学模型分析、事故树分析、灰色gm模型预测、模糊评价方法等。采用单因素监测预报法，预报结果受监测设备参数影响大，无其他因素进行校验，精准性差；事故树分析法在某一因素发生变化后，很难预测整体发生的变化；灰色gm模型预测对变量随机性变化的处理能力较弱，且无法表达不同变量之间的关系。模糊评价方法难以对数据实行精准处理，预测结果易出现偏差。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提供了基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，本发明通过结合煤壁应力和煤壁应变双因素，得出当前煤壁能量分布特征和煤壁破坏临界点的能量分布特征，通过当前煤壁能量分布特征与煤壁破坏临界点的能量分布特征进行对比，量化分级预警标准，实现对煤壁片帮的预测，相比于现有技术，适用范围广，识别准确，能够在多种地质条件下实现对煤壁工作面片帮的预测。

2、一方面，提供一种基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，包括如下步骤：

3、在待测煤壁表面布设钻孔应力计，记录钻孔应力变化数据，对钻孔应力变化数据进行分析处理，获取应力分布状态；在待测煤壁前方设置位移监测系统，采集煤壁位移数据，对煤壁位移数据进行分析处理，获取煤壁位移状态；

4、基于应力分布状态和煤壁位移状态，构建当前煤壁能量分布特征；同时根据煤壁的实际样本参数获取煤壁破坏临界点的能量分布特征；

5、通过当前煤壁能量分布特征与煤壁破坏临界点的能量分布特征进行对比，以对比结果作为片帮分级预警结果。

6、作为优选地，所述布设钻孔应力计具体包括以下步骤：

7、在待测煤壁的表面划分若干垂直于顶板的测线，所述若干测线等间距布设；

8、在所述测线上布设若干钻孔，任一所述钻孔开设方向垂直于所述煤层表面，任一所述测线上的所述若干钻孔等间距布设；

9、任一所述钻孔中安设有应力计，若干所述应力计的安设深度相同。

10、作为优选地，所述对钻孔应力变化数据进行分析处理时，具体包括以下步骤：

11、获取应力计采集数据，将待测煤壁网格化得出测定网格，以每个应力计位置作为采样点；

12、将测定网格划分为若干边长为0.5m的正方形网格，以网格顶点为待估计点；

13、基于搜索策略在测定网格中筛选出合适的采样点，使用克里金差值法计算得出待估计点的应力值。

14、作为优选地，在待测煤壁前方设置位移监测系统，采集煤壁位移数据时，具体包括以下步骤：

15、安装监测摄像头对待测煤壁进行监控，所述监测摄像头垂直于待测煤壁安装，所述监测摄像头拍摄范围覆盖待测煤壁；

16、在待测煤壁上先喷绘一层黑色颜料，再在黑色颜料表面用白色颜料喷绘散斑；

17、调节监测摄像头参数使待测煤壁成像效果最佳。

18、作为优选地，对煤壁位移数据进行分析处理，获取煤壁位移状态时，还包括以下步骤：

19、将监测摄像头采集到的图像数据基于数字图像相关法位移监测系统获取待测煤壁位移数据；

20、对位移数据进行筛选后，使用克里金插值法计算得出待测煤壁的位移状态。

21、作为优选地，构建当前煤壁能量分布特征时，具体包括以下步骤：

22、计算待测煤壁各待估计点处的总能量，采用克里金插值方法分析处理各待估计点处的总能量数据，得到待测煤壁的能量分布状态；

23、将能量分布状态进行可视化处理，得到待测煤壁的能量分布特征。

24、作为优选地，计算待测煤壁各待估计点处的总能量时，具体采用以下公式：

25、

26、其中，u为待测煤壁待估计点处的总能量，为第i个待估计点在t时刻的应力值，为第i个待估计点在t时刻的应变值。

27、作为优选地，根据煤壁的实际样本参数获取煤壁破坏临界点的能量分布特征时，具体包括以下步骤：

28、在待测煤壁的上、中、下部获取煤样，并加工为标准试件，测定标准试件的物理参数，所述物理参数包括标准试件的试件弹性模量、试件总能量、试件弹性变形能和试件耗散能；

29、基于标准试件的物理参数建立数字化工作面模型，以实际开挖工作过程为依据在数字化工作面模型上模拟开挖方式得到开挖模拟结果，基于开挖模拟结果，得到煤壁破坏临界点的能量分布特征。

30、第二方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法。

31、第三方面，提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法。

32、本发明的有益效果体现在：

33、本发明通过通过结合煤壁应力和煤壁应变双因素，得出当前煤壁能量分布特征和煤壁破坏临界点的能量分布特征，通过当前煤壁能量分布特征与煤壁破坏临界点的能量分布特征进行对比，量化分级预警标准，实现对煤壁片帮的预测，相比于现有技术，适用范围广，识别准确，能够在多种地质条件下实现对煤壁工作面片帮的预测。

技术特征：

1.一种基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，其特征在于，所述布设钻孔应力计具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，其特征在于，所述对钻孔应力变化数据进行分析处理时，具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，其特征在于，在待测煤壁前方设置位移监测系统，采集煤壁位移数据时，具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，其特征在于，对煤壁位移数据进行分析处理，获取煤壁位移状态时，还包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，其特征在于，构建当前煤壁能量分布特征时，具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，其特征在于，计算待测煤壁各待估计点处的总能量时，具体采用以下公式：

8.根据权利要求7所述的基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，其特征在于，根据煤壁的实际样本参数获取煤壁破坏临界点的能量分布特征时，具体包括以下步骤：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法。

技术总结
本发明公开了一种基于煤壁能量指标的煤壁片帮分级预警方法，涉及煤壁片帮预警技术领域，包括如下步骤：在待测煤壁表面布设钻孔应力计，记录钻孔应力变化数据，对钻孔应力变化数据进行分析处理，获取应力分布状态；在待测煤壁前方设置位移监测系统，采集煤壁位移数据，对煤壁位移数据进行分析处理，获取煤壁位移状态；基于应力分布状态和煤壁位移状态，构建当前煤壁能量分布特征；同时根据煤壁的实际样本参数获取煤壁破坏临界点的能量分布特征；通过当前煤壁能量分布特征与煤壁破坏临界点的能量分布特征进行对比，以对比结果作为片帮分级预警结果。

技术研发人员：李建伟,杨永泽,郭鑫伟,许尚博
受保护的技术使用者：内蒙古科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14