支架动态压力差指标实时确定与优化方法技术

本发明专利技术公开了一种支架动态压力差指标实时确定与优化方法，基于海量时间序列在线监测数据。支架动态压力差指标实时确定与优化方法包括：S1，在异常检测中，使用k均值聚类算法筛选出指标起始计算值P

【技术实现步骤摘要】
支架动态压力差指标实时确定与优化方法


[0001]本专利技术是关于煤矿
，特别是关于一种支架动态压力差指标实时确定与优化方法。

技术介绍

[0002]目前对监测的液压支架支护阻力并未进行深度研究，而且支架支护阻力达到最大支护阻力后会在泄压阀的作用下保持恒定，无法进一步表征覆岩应力的变化量，同时基于液压支架支护阻力的分析只单一考虑支架压力的大小随时间的变化关系，并未合理考虑采煤机割煤导致采场几何条件变化所带来的压力变化影响。“支架动态压力差指标”通过充分考虑采场几何条件变化，实现对煤矿智能采煤工作面覆岩应力变化程度的连续感知。然而要获取每个“支架动态压力差指标”需要接入采煤机位置时间序列数据和每个支架的工作阻力时间序列数据进行联动分析计算。由于“支架动态压力差指标”计算方法为ΔP＝P
B
‑
P
A
(如图1所示)，因此如何确定P
B
和P
A
显得极其重要。
[0003]而现场我们只能获得支架工作阻力的时间序列原始数据，并未标明图1中3#支架接顶后的工作阻力值大小(如图1中圆点所示位置的工作阻力值)，同时需要对图2中线框内曲线的一些干扰转折值进行剔除，这些值往往是由于支架主动加压过程或调整位态造成的。而“支架动态压力差指标”在现场应用过程需要实时呈现，由于其海量的特性，人工处理无法满足要求，需要设计一种机器自动处理的方法进行计算图2中圆点所示位置的工作阻力值。
[0004]与此同时，ΔL的距离不宜过短，过短的横向割煤距离ΔL获得的“支架动态压力差指标”容易被临近的支架移架过程所影响，其造成的指标值波动会影响指标判断应用的准确度。而ΔL的距离也不宜过长，过长的ΔL容易受到因为覆岩损伤产生的变形挤压带来的阻力增加，干扰正常指标值，从而带来指标的误判(如图3线框区域，并未进行横向割煤但是仍然产生一定量的ΔP)。
[0005]因此，合理确定P
A
和ΔL是确定和优化支架动态压力差指标的关键所在。
[0006]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种支架动态压力差指标实时确定与优化方法，可以实时自动确定和优化支架动态压力差指标。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种支架动态压力差指标实时确定与优化方法，基于海量时间序列在线监测数据。支架动态压力差指标实时确定与优化方法包括：S1，在异常检测中，使用k均值聚类算法筛选出指标起始计算值P
A
。S2，现场对工作面顶板、底板及煤层进行取样，做岩石力学参数试验，获得弹性模量和泊松比力学参数。S3，模拟现场工程条件，进行开挖模拟，实时记录支架受力变化情况，并绘制ΔP
‑
ΔL关系图。S4，根据ΔP
‑
ΔL关
系图计算出不同割煤距离ΔL伴随的ΔP增量ΔP
增
(ΔL)，若ΔP
增
(ΔL)/ΔP(ΔL)小于工程计算需求，则取3％，从而优化割煤距离ΔL。
[0009]在本专利技术的一实施方式中，k均值聚类算法包括：初始化，令t＝0，随机选择k个样本点作为初始聚类中心m表示每一类的均值。对样本进行聚类，对固定的类中心进行聚类，对固定的类中心其中m
l(t)
为类G
l
的中心，计算每个样本到类中心的距离，将每个样本指派到与其最近的中心的类中，构成聚类结果C
(t)
。计算新的类中心，对聚类结果C
(t)
，计算当前各个类中的样本的均值，作为新的类中心如果迭代收敛或符合停止条件，输出C
*
＝C
(t)
，否则令t＝t+1，返回对样本进行聚类。迭代收敛后，观察落在组外的数据，即为异常值。将剩下的值进行排序，设定阈值Q找出P
t+1
‑
P
t
的值大于Q的值P
t
，则该循环的值P
A
＝P
t
。
[0010]在本专利技术的一实施方式中，支架动态压力差指标实时确定与优化方法还包括：S5，根据从第N号支架工作阻力时间序列实时数据中找出的工作阻力P
A
值所对应的时间T
A
，查询采煤机割煤位置时间序列实时数据中，时间Ta对应的采煤机位置La。S6，利用优化后的割煤距离ΔL值进行判断，若满足采煤机实时位置L>＝La+ΔL，则查询支架工作阻力的时间序列实时数据中该时刻对应的工作阻力P
B
值。S7，计算每个支架推进度的值。S8，根据每个支架不同的推进度的值绘制支架动态压力差指标点云图。
[0011]在本专利技术的一实施方式中，计算每个支架推进度的值的公式为P
B
‑
P
A
。
[0012]在本专利技术的一实施方式中，步骤S1包括：
[0013]S11，给定一组P
A
的时间序列观测值(x1,x2,x3,
…
,x
n
)，x
n
表示第n个时间点的P
A
值；
[0014]S12，对于给定的每一类的均值(m1,m2,m3,
…
,m
k
),求解一个划分C，使得目标函数极小化：
[0015][0016]其中，x
i
表示序列中第i个P
A
值，m
l
表示第l类的均值，C表示求解的聚类划分；
[0017]S13，对给定的划分C，再求各个类的中心(m1,m2,
···
,m
k
)，使得目标函数极小化：
[0018][0019]其中，x
i
表示序列中第i个P
A
值，m
l
表示第l类的均值；
[0020]S14，求解结果，对于每个包含n
l
个样本的类G
l
，更新其均值m
l
：
[0021][0022]其中，m
l
表示第l类更新后的均值，n
l
表示样本数量，C(i)表示划分；
[0023]S15，重复步骤S13和步骤S14，直到划分不再改变，得到聚类结果。
[0024]与现有技术相比，根据本专利技术的支架动态压力差指标实时确定与优化方法，可以
实时自动确定和优化支架动态压力差指标。
附图说明
[0025]图1是现有支架动态压力差指标的计算示意图；
[0026]图2是现有支架阻力与时间关系的一示意图；
[0027]图3是现有支架组里与时间关系的另一示意图；
[0028]图4是根据本专利技术一实施方式的支架本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支架动态压力差指标实时确定与优化方法，基于海量时间序列在线监测数据，其特征在于，所述支架动态压力差指标实时确定与优化方法包括：S1，在异常检测中，使用k均值聚类算法筛选出指标起始计算值P
A
；S2，现场对工作面顶板、底板及煤层进行取样，做岩石力学参数试验，获得弹性模量和泊松比力学参数；S3，模拟现场工程条件，进行开挖模拟，实时记录支架受力变化情况，并绘制ΔP
‑
ΔL关系图；S4，根据ΔP
‑
ΔL关系图计算出不同割煤距离ΔL伴随的ΔP增量ΔP
增
(ΔL)，若ΔP
增
(ΔL)/ΔP(ΔL)小于工程计算需求，则取3％，从而优化割煤距离ΔL。2.如权利要求1所述的支架动态压力差指标实时确定与优化方法，其特征在于，所述k均值聚类算法包括：初始化，令t＝0，随机选择k个样本点作为初始聚类中心初始化，令t＝0，随机选择k个样本点作为初始聚类中心m表示每一类的均值；对样本进行聚类，对固定的类中心其中m
l(t)
为类G
l
的中心，计算每个样本到类中心的距离，将每个样本指派到与其最近的中心的类中，构成聚类结果C
(t)
；计算新的类中心，对聚类结果C
(t)
，计算当前各个类中的样本的均值，作为新的类中心如果迭代收敛或符合停止条件，输出C
*
＝C
(t)
，否则令t＝t+1，返回对样本进行聚类；迭代收敛后，观察落在组外的数据，即为异常值；将剩下的值进行排序，设定阈值Q找出P
t+1
‑
P
t
的值大于Q的值P
t
，则该循环的值P
A
＝P
t
。3.如权利要求1所述的支架动态压力差指标实时确定与优化方法，其特征在于，还包括：S5，根据从第N号支架工作阻力时间序列实时数据中找出的工作阻力P

【专利技术属性】
技术研发人员：魏立科，蒲圆圆，王翀，陈结，姜德义，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：