基于微震特征的顶板来压显现预测方法及装置

技术领域

本发明涉及煤矿安全开采技术领域，尤其涉及一种基于微震特征的顶板来压显现预测方法及装置。

背景技术

我国煤层赋存条件复杂多样，坚硬顶板工作面因其顶板厚度大，强度高，整体性强的特征，工作面矿压显示程度更加强烈。目前对工作面顶板来压显示预测方法主要有：人工观察法和液体支架工作阻力监测法；其中，人工观察法属于基于经验评判的方法，受人的主观因素影响较大，预测结果不够客观准确；液体支架工作阻力监测法属于基于已发生数据进行分析的评判方法，作为顶板来压前的预警方式同样存在准确性不够的缺陷。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于微震特征的顶板来压显现预测方法及装置，以解决现有技术中进行顶板来压预测的预测结果准确性不够的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于微震特征的顶板来压显现预测方法，包括：

获取顶板的岩层结构数值，并根据所述岩层结构数值计算来压步距理论值；

对所述来压步距理论值进行修正，得到来压步距预测值；

获取生产现场的进度表数据，并根据所述进度表数据得到工作面每日实际回采进度参数；

计算所述来压步距预测值和所述实际回采进度参数的比值，得到预测来压显现时间属性；

对比所述预测来压显现时间属性和当前来压显现时间属性，当所述预测来压显现时间属性大于或等于当前来压显现时间属性时，实现对顶板来压显现前进行预测并触发预警装置。

在一种可能的实现方式中，对所述来压步距理论值进行修正，得到来压步距预测值，包括：获取现场支架实测来压步距平均值，根据所述实测来压步距平均值对所述来压步距理论值进行修正，得到所述来压步距预测值。

在一种可能的实现方式中，所述来压步距预测值的计算公式为：

其中，L

在一种可能的实现方式中，所述计算来压步距理论值包括：

获取顶板岩层结构数值，根据所述顶板岩层结构数值和预设的第一公式，计算初次来压步距理论值，其中，所述顶板岩层结构数值包括：固定悬臂梁的宽度、岩石的抗拉强度和悬臂梁单位长度的载荷；

其中，所述第一公式包括：

其中，L

对所述初次来压步距理论值进行系数修正，获得来压步距理论值。

在一种可能的实现方式中，所述对所述初次来压步距理论值进行系数修正，获得来压步距理论值包括：

利用预设的第二公式对所述初次来压步距理论值进行系数修正，获得来压步距理论值；所述第二公式包括：

L

其中，L

在一种可能的实现方式中，在对比所述预测来压显现时间属性和当前来压显现时间属性之前还包括：获取采集的微震特征数据表，得到带有层位高度属性的数据表；

获取在预设范围内的数据表，作为第一顶板事件组；

根据所述第一顶板事件组的空间属性进行分类，得到第二顶板事件组；

对所述第二顶板事件组进行相关性属性分析，得到所述顶板来压事件；其中，所述微震特征数据表具有层位高度属性和空间属性。

在一种可能的实现方式中，在所述对比当前来压显现时间属性和预设来压显现时间属性之前还包括：

获取所述第一顶板事件组的数据；

根据所述第一顶板事件组的能量大小进行分类，得到有能量属性的第三顶板事件组；

对所述顶板来压事件和所述第三顶板事件组进行相关性属性分析，得到所述第一相关性时间节点组；

计算所述第一相关性时间节点组的平均时间，得到所述当前来压显现时间属性。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于微震特征的顶板来压显现预测装置装置，包括：

第一计算模块，用于获取顶板的岩层结构数值，并根据所述岩层结构数值计算来压步距理论值；

数据修正模块，用于对所述来压步距理论值进行修正，得到来压步距预测值；

数据获取模块，用于获取生产现场的进度表数据，并根据所述进度表数据得到工作面每日实际回采进度参数；

第二计算模块，用于计算所述来压步距预测值和所述实际回采进度参数的比值，得到预测来压显现时间属性；

预警模块，用于对比所述预测来压显现时间属性和当前来压显现时间属性，当所述预测来压显现时间属性大于或等于当前来压显现时间属性时，实现对顶板来压显现前进行预测并触发预警装置。

第三方面，本发明实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中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计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

本发明相比于现有技术的有益效果是：本发明实施例根据获取顶板的岩层结构数值，计算来压步距理论值；对来压步距理论值进行修正，得到来压步距预测值；根据获取生产现场的进度表数据，得到工作面每日实际回采进度参数；计算来压步距预测值和实际回采进度参数的比值，得到预测来压显现时间属性；当预测来压显现时间属性大于或等于当前来压显现时间属性时，对顶板来压显现进行预测并触发预警装置。通过获取来压步距预测值，并与每日工作面实际回采进度参数进行对比分析，得到预测的来压显现时间属性，与当前的来压显现时间属性对比，当超过当前值时，即可触发预警模块。能够对工作面顶板来压显示进行分析预测，并且准确判断顶板来压步距，解决了现有技术中存在的预测结果不够准确的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于微震特征的顶板来压显现预测方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的基于微震特征的顶板来压显现预测装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明实施例提供的基于微震特征的顶板来压显现预测方法的实现流程图，参照图1，详述如下：

在步骤101中、获取顶板的岩层结构数值，并根据岩层结构数值计算来压步距理论值。

在一种可能的实现方式中，计算来压步距理论值包括：

获取顶板岩层结构数值，根据顶板岩层结构数值和预设的第一公式，计算初次来压步距理论值，其中，顶板岩层结构数值包括：固定悬臂梁的宽度、岩石的抗拉强度和悬臂梁单位长度的载荷。

其中，所述第一公式包括：

其中，L

对所述初次来压步距理论值进行系数修正，获得来压步距理论值。

在一种可能的实现方式中，利用预设的第二公式对初次来压步距理论值进行系数修正，获得来压步距理论值。

第二公式包括：

L

其中，L

在本发明实施例中，获取顶板岩层的结构数值包括悬臂梁长度、宽度、岩石抗拉强度、单位载荷等岩层结构参数。将采集的数据导入第一公式，计算得到初次来压步距理论值，初次来压步距理论值为固定悬臂梁的长度，按简支梁计算，若以最大剪应力最为岩层断裂的依据，最大剪切力发生在梁的两端。因此最大剪应力达到极限强度时，形成极限跨距；考虑到为简支梁，当最大拉应力等于抗拉强度极限时，梁达到极限跨距，也即为悬臂梁的长度极限。顶板初次来压步距和初次断裂极限跨距相当，因此将岩层结构数值代入悬臂梁的长度极限即可得到顶板初次来压步距理论值。根据实验可得，来压步距理论值通常为初次来压步距理论值的

在步骤102中、对来压步距理论值进行修正，得到来压步距预测值。

在一种可能的实现方式中，获取现场支架实测来压步距平均值，根据所述实测来压步距平均值对所述来压步距理论值进行修正，得到所述来压步距预测值；

在一种可能的实现方式中，来压步距预测值的计算公式为：

其中，L

在本发明实施例中，对计算的来压步距理论值进行修正。利用矿方提供的支架实测来压步距平均值完成对来压步距理论值的修正。计算来压步距理论值L

在步骤103中、获取生产现场的进度表数据，并根据进度表数据得到工作面每日实际回采进度参数。

在本发明实施例中，生产现场的进度表数据是使用微震监测系统采集顶板数据得到的，将采集的数据传送至地面服务器。对生产现场的进度表数据采集，获得每天工作面实际回采进度参数M，采集的实际回采进度参数的单位为米/天。

在步骤104中、计算来压步距预测值和实际回采进度参数的比值，得到预测来压显现时间属性。

在实施例中，来压步距预测值根据公式进行计算，单位为米。来压步距预测值和实际回采进度参数的比值的单位为天，得到的是预测来压显现时间属性，从而可以判定顶板来压显现和回采进度参数的位置关系。

在步骤105中、对比所述预测来压显现时间属性和当前来压显现时间属性，当所述预测来压显现时间属性大于或等于当前来压显现时间属性时，实现对顶板来压显现前进行预测并触发预警装置。

在本实施例中，比对来压显现时间属性和预设来压显现时间属性。考虑到采用单一性的工作面支架阻力计算来压步距等手段具有一定滞后性。本发明采用分析预测来压显现时间属性和当前时间属性的关系，对顶板来压显现进行预测，当前来压显现时间属性根据现场采集的数据进行相关性属性分析得到的。当

综上所述，本发明实施例根据获取顶板的岩层结构数值，计算来压步距理论值；对来压步距理论值进行修正，得到来压步距预测值；根据获取生产现场的进度表数据，得到工作面每日实际回采进度参数；计算来压步距预测值和实际回采进度参数的比值，得到预测来压显现时间属性；当预测来压显现时间属性大于或等于当前来压显现时间属性时，对顶板来压显现进行预测并触发预警装置。通过获取来压步距预测值，并与每日工作面实际回采进度参数进行对比分析，得到预测的来压显现时间属性，与当前的来压显现时间属性对比，当超过当前值时，即可触发预警模块。能够对工作面顶板来压显示进行分析预测，并且准确判断顶板来压步距，解决了现有技术中存在的预测结果不够准确的问题。

在一种可能的实现方式中，获取所述顶板来压层位事件包括：

获取采集的微震特征数据表，得到带有层位高度属性的数据表；

获取在预设范围内的数据表，作为第一顶板事件组；

根据第一顶板事件组的空间属性进行分类，得到第二顶板事件组；

对第二顶板事件组进行相关性属性分析，得到顶板来压事件；其中，微震特征数据表具有层位高度属性和空间属性。

在本发明实施例中，使用微震监测系统采集数据，并将数据传输至地面服务器，读取带有层位高度属性和空间属性的微震特征数据表。对带有层位高度属性H的数据表进行初步筛选，当监测到的带有层位高度属性H≥0的数据进行整合，作为第一顶板事件组C0。对第一顶板事件组C0按空间属性进行分类，得到第二顶板事件组，该第二顶板事件包括若干个事件。对第二顶板事件组在特定的事件周期内进行相关性属性分析，得到来压显现较强的事件组，称为顶板来压层位事件C1。

示例地，在本发明实施例中，将第一顶板事件组按空间属性进行分类买得到两组层位事件集合，分别标定为C2组、C3组；选定15天为一个周期对C2组和C3组进行相关性属性分析，得到与C0组相关性较强的事件，标定为C1组。

在一种可能的实现方式中，在对比当前来压显现时间属性和预设来压显现时间属性之前还包括：

获取第一顶板事件组的数据；

根据第一顶板事件组的能量大小进行分类，得到有能量属性的第三顶板事件组；

对顶板来压事件和第三顶板事件组进行相关性属性分析，得到第一相关性时间节点组；

计算第一相关性时间节点组的平均时间，得到所述当前来压显现时间属性。

在本发明实施例中，获取第一顶板事件组C0的微震数据，并对该组数据进行初筛选。该数据组带有能量属性，在指定区间内按照数据组的能量大小对该组数据进行分组，分为总能量、中小能量和大能量，并分别标定为N0组、N1组和N2组。其中第三顶板事件组包括总能量N0、中小能量N1和大能量N2。并对顶板来压事件C3与N0组、N1组和N2组分别进行相关性属性分析，计算组数据相关性权重属性，并对相关性属性分型权重曲线分析，并标定多个相关性较强的时间点，得到第一相关性时间节点组，并标定为T1…Tn；删除异常值，得到平均时间T0，得到来压显示时间属性。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。

图2示出了本发明实施例提供的基于微震特征的顶板来压显现预测装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图2所示，基于微震特征的顶板来压显现预测装置20包括：第一计算模块21、数据修正模块22、数据获取模块23、第二计算模块24和预警模块25。

第一计算模块21，用于获取顶板的岩层结构数值，并根据所述岩层结构数值计算来压步距理论值；

数据修正模块22，用于对来压步距理论值进行修正，得到来压步距预测值；

数据获取模块23，用于获取生产现场的进度表数据，根据进度表数据得到工作面每日实际回采进度参数；

第二计算模块24，用于计算来压步距预测值和实际回采进度参数的比值，得到预测来压显现时间属性；

预警模块25，用于对比预测来压显现时间属性和当前来压显现时间属性，当预测来压显现时间属性大于或等于当前来压显现时间属性时，对顶板来压显现进行预测并触发预警装置。

在一种可能的实现方式中，数据修正模块22，用于对来压步距理论值进行修正，得到来压步距预测值，包括：获取现场支架实测来压步距平均值，根据实测来压步距平均值对所述来压步距理论值进行修正，得到来压步距预测值。

在一种可能的实现方式中，数据修正模块22，还用于计算来压步距预测值：

其中，L

在一种可能的实现方式中，第一计算模块21，用于计算来压步距理论值包括：

获取顶板岩层结构数值，根据顶板岩层结构数值和预设的第一公式，计算初次来压步距理论值，其中，顶板岩层结构数值包括：固定悬臂梁的宽度、岩石的抗拉强度和悬臂梁单位长度的载荷；

其中，第一公式包括：

其中，L

对初次来压步距理论值进行系数修正，获得来压步距理论值。

在一种可能的实现方式中，第一计算模块21，利用预设的第二公式对初次来压步距理论值进行系数修正，获得来压步距理论值；

第二公式包括：

L

其中，L

在一种可能的实现方式中，第二计算模块24，还用于获取顶板来压层位事件包括：

获取采集的微震特征数据表，得到带有层位高度属性的数据表；

获取在预设范围内的数据表，作为第一顶板事件组；

根据第一顶板事件组的空间属性进行分类，得到第二顶板事件组；

对第二顶板事件组进行相关性属性分析，得到顶板来压事件；其中，微震特征数据表具有层位高度属性和空间属性。

在一种可能的实现方式中，第二计算模块24，还用于获取第一顶板事件组的数据；根据第一顶板事件组的能量大小进行分类，得到有能量属性的第三顶板事件组；对顶板来压事件和第三顶板事件组进行相关性属性分析，得到第一相关性时间节点组；计算第一相关性时间节点组的平均时间，得到当前来压显现时间属性。

图3是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图3所示，该实施例的终端设备3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32。所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各个图像分割方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至104。或者，所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示模块110至140的功能。

所述计算机程序32可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器31中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序32在所述终端设备3中的执行过程。

所述终端设备3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备3的示例，并不构成对终端设备3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器31可以是所述终端设备3的内部存储单元，例如终端设备3的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述终端设备3的外部存储设备，例如所述终端设备3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述终端设备3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的分割进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构分割成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的分割，仅仅为一种逻辑功能分割，实际实现时可以有另外的分割方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。