一种近距离多煤层联合开采的矿压数据智能分析系统及方法与流程

本发明涉及矿山压力监测与安全控制，更具体地说，本发明涉及一种近距离多煤层联合开采的矿压数据智能分析系统及方法。

背景技术：

1、在煤矿地下开采领域，尤其是近距离多煤层联合开采条件下，对矿山压力进行有效监测与分析是保障工作面安全推进的关键；现有技术主要依赖于在巷道及工作面布置传感器网络，采集支架阻力、顶板下沉量、巷道收敛等多源数据，并基于历史数据分析与工程经验模型，进行顶板来压预报与支护强度评估，旨在通过监测数据判断岩层运动状态，为安全决策提供依据，属于矿井安全装置与方法的典型范畴。

2、然而，在近距离多煤层重复采动环境下，下层工作面围岩的应力场与变形场是上覆已采煤层遗留结构、层间岩柱及本层开采共同作用的复合结果，现有分析方法在处理这种多源耦合扰动产生的矿压数据时难以有效区分并量化不同源扰动的独立贡献，导致依据混合数据建立的预警模型与阈值存在固有偏差，使得基于此类分析制定的支护策略与设备调度方案无法精准匹配真实的岩层控制需求，往往出于安全冗余考虑而采取普遍强化的保守策略，造成了支护材料与设备运行能耗的显著浪费，在安全性提升与资源高效利用之间存在突出矛盾。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种近距离多煤层联合开采的矿压数据智能分析系统及方法以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种近距离多煤层联合开采的矿压数据智能分析方法，包括如下步骤：

4、s1、获取目标下层工作面在开采过程中的多源矿压监测数据；

5、s2、对多源矿压监测数据进行预处理，得到标准化的时序数据序列；

6、s3、对标准化的时序数据序列进行特征分析，识别出表征上覆煤层遗留结构扰动、层间岩柱扰动及本层开采扰动的数据特征模式；

7、s4、基于各数据特征模式，结合目标区域的地质岩性参数，确定反映不同扰动源至监测点间岩层对扰动传递衰减特性的传递阻抗指标；

8、s5、依据传递阻抗指标对各数据特征模式进行幅频校正，得到各扰动源校正后的能量表征，在不同时间尺度下，分析各扰动源校正后的能量表征的占比动态变化趋势与稳定性，以判定上覆煤层遗留结构扰动、层间岩柱扰动及本层开采扰动在多源矿压监测数据中的主导性状态及状态转移风险；

9、s6、根据主导性状态及状态转移风险，动态调整针对目标下层工作面的当前支护策略与设备运行参数。

10、进一步地，s1包括：

11、多源矿压监测数据包括通过压力传感器采集的目标下层工作面液压支架的支架阻力时序数据、通过位移传感器采集的目标下层工作面顶底板之间的顶底板移近量时序数据以及通过收敛测点采集的目标下层工作面相邻巷道的巷道表面位移时序数据。

12、进一步地，s2包括：

13、对支架阻力时序数据、顶底板移近量时序数据以及巷道表面位移时序数据分别进行异常值剔除与插值修复；

14、对修复后的支架阻力时序数据、顶底板移近量时序数据以及巷道表面位移时序数据进行统一采样间隔的时间戳对齐；

15、对时间戳对齐后的支架阻力时序数据、顶底板移近量时序数据以及巷道表面位移时序数据进行归一化处理，得到标准化的时序数据序列。

16、进一步地，s3包括：

17、对标准化的时序数据序列进行时域统计特征提取与频域谱特征提取；

18、基于提取的时域统计特征与频域谱特征，结合上覆煤层遗留结构扰动所具有的长周期特性、层间岩柱扰动所具有的中等周期与协同变形特性以及本层开采扰动所具有的短周期与强动态特性，从标准化的时序数据序列中分离并识别出分别表征上覆煤层遗留结构扰动、层间岩柱扰动及本层开采扰动的数据特征模式。

19、进一步地，s4包括：

20、地质岩性参数包括上覆已采煤层至目标下层工作面之间各岩层的厚度、弹性模量与泊松比；

21、确定传递阻抗指标包括基于各数据特征模式所对应的扰动传递路径与地质岩性参数，计算不同扰动源至监测点间岩层结构的等效刚度与阻尼系数，并依据等效刚度与阻尼系数确定反映对应扰动传递衰减特性的传递阻抗指标。

22、进一步地，地质岩性参数通过分析目标区域的地质勘探报告与钻孔柱状图获得，并与目标下层工作面的空间位置进行关联。

23、进一步地，s5包括：

24、利用对应扰动源的传递阻抗指标对表征该扰动源的数据特征模式的幅值与频率响应进行补偿计算，得到消除传递路径衰减影响的各扰动源校正后的能量表征；

25、分析包括在长周期时间尺度、中等周期时间尺度及短周期时间尺度下，分别计算上覆煤层遗留结构扰动、层间岩柱扰动及本层开采扰动对应的校正后的能量表征在总能量中的实时占比，并统计各时间尺度下实时占比的波动幅度与变化速率；

26、判定包括当某一扰动源的校正后的能量表征占比在对应时间尺度下持续高于设定阈值且波动幅度低于设定阈值时，判定该扰动源处于主导性状态，当监测到不同扰动源的校正后的能量表征占比出现快速的此消彼长变化且变化速率超过设定阈值时，判定存在状态转移风险。

27、进一步地，长周期时间尺度根据上覆已采煤层开采结束至目标下层工作面当前开采时间的总间隔确定，中等周期时间尺度根据层间岩柱的应力重分布周期确定，短周期时间尺度根据目标下层工作面液压支架的循环推进周期确定。

28、进一步地，s6包括：

29、当判定上覆煤层遗留结构扰动处于主导性状态时，降低针对目标下层工作面顶板周期来压的支护强度预设值并维持液压支架的现有推进速度；

30、当判定期岩柱扰动处于主导性状态时，提高巷道超前支护段的支护密度并降低采煤机的平均割煤速度；

31、当判定本层开采扰动处于主导性状态时，恢复针对目标下层工作面顶板周期来压的支护强度预设值并依据标准规程调整液压支架的推进速度；

32、当判定存在状态转移风险时，启动加强监测模式并暂时维持当前支护策略与设备运行参数不变。

33、另一方面，本发明提供一种近距离多煤层联合开采的矿压数据智能分析系统，包括以下模块：

34、数据获取模块，用于获取目标下层工作面在开采过程中的多源矿压监测数据；

35、序列生成模块，用于对多源矿压监测数据进行预处理，得到标准化的时序数据序列；

36、模式识别模块，用于对标准化的时序数据序列进行特征分析，识别出表征上覆煤层遗留结构扰动、层间岩柱扰动及本层开采扰动的数据特征模式；

37、指标确定模块，用于基于各数据特征模式，结合目标区域的地质岩性参数，确定反映不同扰动源至监测点间岩层对扰动传递衰减特性的传递阻抗指标；

38、风险判定模块，用于依据传递阻抗指标对各数据特征模式进行幅频校正，得到各扰动源校正后的能量表征，在不同时间尺度下，分析各扰动源校正后的能量表征的占比动态变化趋势与稳定性，以判定上覆煤层遗留结构扰动、层间岩柱扰动及本层开采扰动在多源矿压监测数据中的主导性状态及状态转移风险；

39、参数调整模块，用于根据主导性状态及状态转移风险，动态调整针对目标下层工作面的当前支护策略与设备运行参数。

40、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

41、1.通过多源矿压监测数据的深度处理与扰动源精确解析，有效提升了近距离多煤层开采条件下矿山压力分析的精准性与可靠性，对多源数据进行标准化预处理与特征分析，能够从混合监测信号中分离识别出上覆遗留结构、层间岩柱及本层开采等不同扰动源的特征模式；进而结合地质岩性参数确定传递阻抗指标，对各扰动源的能量表征进行幅频校正，还原了真实扰动强度，并在不同时间尺度下动态评估各扰动源的主导性状态及转移风险，使得矿压分析不再依赖于对混合数据的经验性解读，而是构建了基于扰动传递物理机理的解析框架，从而能够更准确地揭示围岩应力场的复合作用本质，为顶板来压预报与岩层运动判断提供了更为精细和可靠的依据，显著增强了工作面在复杂采动环境下的安全管控能力。

42、2.基于对扰动源主导状态的精确判定，实现了支护策略与设备运行参数的动态自适应调整，当识别出特定扰动源主导时，系统能够针对性地调整支护强度、推进速度等关键参数，例如在上覆遗留结构主导时适当降低支护预设值，在层间岩柱主导时加强巷道支护并控制采煤机速度，这种按需调配的策略避免了传统方法中因无法区分扰动源而普遍采用高强度、高能耗的保守支护与运行模式，使得支护材料、设备功耗等资源投入与真实的岩层控制需求相匹配，在确保安全的前提下减少了资源浪费，实现了矿井设备与能源的高效利用，符合设备节能改造的技术方向。