基于LSTM-Informer模型的液压支架压力时空多步长预测

目前多步液压支架压力预测大多为单步液压支架压力的累计预测,单步累计次数越多,累计误差就越大,影响预测精度。针对该问题,提出了一种基于长短时记忆(LSTM)-Informer模型的液压支架压力时空多步长预测方法。采用卡尔曼滤波消除液压支架压力数据中的振动噪声后,在工作面端部和中部各选取相邻的5台液压支架压力数据建立2个时空数据集(数据集1和数据集2),并对时空数据进行标准化预处理。将时空数据输入LSTM模型提取时空特征,并将提取的时空特征输入Informer模型的编码器,经过位置编码后利用多头概率稀疏自注意力来关注压力序列的变化特征,经过最大池化和一维卷积消除最终输出特征图的冗余组合。利用多头概率稀疏自注意力来关注压力序列的变化特征,将Informer模型的解码器改为全连接层,得到液压支架压力的预测结果。实验结果表明:与基于门控循环单元(GRU)、LSTM和Informer模型的预测方法相比,基于LSTM-Informer模型的预测方法在预测6,12,24步长液压支架压力时的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均最小;其中基于数据集1预测的6步长液压支架压力的RMSE分别降低了41.63%,49.74%,11.85%,MAE分别降低了41.75%,50.00%,12.00%;基于数据集2预测的6步长液压支架压力的RMSE分别降低了48.15%,59.86%,19.88%,MAE分别降低了49.87%,54.90%,13.16%。

考虑应力路径的深埋高地温隧洞黏弹-塑性围岩解析解

高地温深埋水工隧洞黏弹-塑性岩体中,由于高温环境的影响和隧洞降温等,致使围岩产生一定的温度应力。因此研究高地温隧洞围岩解析解时必须研究温度应力对围岩塑性区以及应力应变的影响。基于广义Kelvin模型与Bingham模型组成的高地温深埋水工隧洞黏弹塑性围岩力学模型,并在考虑应力路径对围岩与支护的影响下,结合高地温环境中温度应力对围岩与衬砌的影响,进而推导高地温环境热力耦合作用下围岩应力、应变、洞壁位移以及围岩塑性区半径的解析解。基于新疆某高地温水工隧洞工程进行分析与计算,对温度、围岩应力应变及塑性区半径的关系展开理论计算与分析。结果表明:考虑温度应力后计算得到的围岩位移更小。当隧洞内温度变化到达一定量时,所产生的温度应力可能会对围岩与衬砌相互作用的稳定性产生影响。

巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案研究

针对雅店煤矿深部高应力地质条件下巷道围岩大变形难题,以雅店煤矿ZF1407工作面为工程背景,分析得出巷道围岩大变形的主要因素为高应力作用、巷道掘进和回采影响。提出巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案,方案采用浅部高强度锚杆索支护、深部压裂卸压及破碎围岩注浆加固协同控制的方法,并进行理论论证和现场设计实践,通过观测方案实施后井下围岩情况与矿压监测情况。监测结果表明,方案实施后巷道变形量减小,工作面来压稳定,锚杆、支架受力情况得到明显改善。巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案可以有效解决雅店煤矿深部复杂困难条件下的巷道支护问题,保证巷道支护安全稳定。

BY_(3B)320-17/35液压支架初撑力对工作面矿压显现的影响

实践证明,液压支架初撑力对采煤工作面矿压显现有重要影响,因初撑力不足,而造成工作面片帮、冒顶、台阶下沉,使回采效率降低,研究中通过工程实测,对支架初撑力不足和影响因素进行了分析,并提出了解决对策,实施后控制了围岩变形,产生显著的效果。

基于LSTM-TCN的综采工作面顶板压力预测

顶板压力预测大多都使用1台液压支架的压力数据,缺乏相邻支架的压力相关性,基于相邻多台液压支架信息融合的LSTM-TCN模型预测一支架下一时刻的压力值。实验结果表明,该模型相比LSTM和TCN单支架预测模型,RMSE压力误差分别减小了12.3%和13.4%,MAE压力误差减小了10.3%和26.6%。

综放开采矿压显现规律与支架-围岩关系新认识

通过分析我国10 m以下和10 m以上煤层综放开采矿压显现的主要特征,可知10 m以上煤层综放开采矿压显现强烈并有周期性;顶煤体对于综放开采矿压显现起着重要作用,在顶板变形压力作用下顶煤体可转变为"似刚性顶煤体";顶板可形成"组合悬臂梁—铰接岩梁"的结构,该结构的周期性运动使工作面产生"小、大"周期来压现象,并阐述了其发生机理;通过理论分析得到了支架工作阻力下限值解析计算式,分析可知支架工作阻力主要影响因素为直接顶岩块长度与厚度、基本顶断裂步距与厚度、矸石刚度、岩层破断角和冒落矸石碎胀系数。

HL-2M环向场线圈预紧系统设计

针对HL-2M装置可拆卸的环向场(TF)线圈结构,在“D”形TF线圈外侧上、下两端分别采用水平的预紧机构对TF线圈实施预紧,使TF线圈在大电流承受较大电磁力的情况下,与TF线圈连接螺栓的预应力一起保证连接面不发生分离。由于同步性和一致性的要求,该系统采用液压同步顶升机构,并且采用压力传感器实时检测该预应力值,保证TF线圈在整个放电实验阶段的安全,为HL-2M装置整体的安全提供保障。

用RB-80/350型乳化泵和液压支架立柱自制拆、装压力机

简要介绍自制液压拆装压力机的结构和工作原理,主要工件设计计算和该设备具有 行程大同时能够实现无极调压等特点,为煤矿机械联接件的拆装提供了一个有益的尝试。

汾源煤业5-101工作面矿压显现规律及支架适应性分析

为掌握5-101工作面回采期间的矿压显现规律,工作面回采期间,通过对液压支架的工作阻力监测分析以掌握基本顶的周期来压规律,通过对煤体应力进行监测得出超前支承压力的影响范围;进一步分析液压支架的初撑力及末阻力,以掌握支架的适应状态。根据分析结果可知:基本顶周期来压步距为12.4 m,超前应力显著影响区为工作面前0~30 m左右;根据支架适应性分析结果可知,ZF8000/17/30D支架工作时存在初撑力不足和工作阻力偏低的问题,提出调整放煤顺序为下行放煤、控制顶煤垮落的程度和范围,以此改善支架的受力状态,为后续回采工作面回采提供基础技术参数。

液压支架立柱防冲吸能构件优化仿真及压溃实验研究

液压支架作为煤炭开采主要支护设备,经常受到冲击地压影响,防冲吸能构件起到保护液压支架作用,为获得更大的初始支反力峰值与吸能量、更小的支反力分散度,对吸能构件参数细化并通过ABAQUS有限元软件进行吸能构件的建模与压溃冲击仿真,获取吸能构件的吸能性能及屈曲变形形态,验证最优尺寸的吸能性能;对比吸能构件平均支反力的预测数据与有限元仿真数据,误差在15%以内,最优尺寸构件的平均支反力模型预测误差为−3.40%,验证吸能构件预测模型所预测数据较为准确;搭建吸能构件压溃实验台,选择5种加载速度,以准静态压溃方式对定制加工的吸能构件进行轴向加载压溃实验,实验结果表明:不同加载速度轴向压溃实验,支反力波动基本一致,最大初始支反力峰值为2253.52 kN,最大支反力标准差为206.23 kN,最小初始支反力峰值为2096.26 kN,最小支反力标准差为189.83 kN,初始支反力峰值的平均值为2149.32 kN,支反力标准差平均值为196.77 kN;不同压溃速度下的轴向压溃实验数据与吸能构件有限元仿真数据对比,初始支反力峰值、支反力标准差的相对误差分别为5.6%、11.07%;对最优尺寸吸能构件通过预测模型法、有限元仿真法、压溃实验法三种方法进行吸能性能分析,预测模型法的平均支反力为1879.7 kN,有限元仿真法的平均支反力为1945.9 kN,压溃实验法平均支反力为1919.8 kN,预测模型误差3.41%,压溃实验误差−1.3%,通过3种方法的数据验证结果,证明了吸能构件分析方法的可靠性和可行性。

护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统研究

护盾式临时支护机器人是适应夹矸与片帮共存的大断面巷道智能掘进机器人系统的重要组成部分,其主要功能是为实现“掘支并行”作业提供安全可靠的工作空间。为加强护盾式临时支护机器人推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护,根据护盾式临时支护机器人结构、工作环境与作业需求,建立其带压行驶的推移量与支护力数学模型及带压行驶动力学模型,设计了护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统。该系统主要由支护液压系统、行驶液压系统组成:静态支护时,支护液压系统需时刻输出大于上盾体自身重力的支护力,行驶液压系统处于待机状态;带压行驶时,支护液压系统和行驶液压系统同时工作,在保证临时支护机器人“减压不离顶”的同时,与顶板时刻带压并稳步前移。提出了基于模糊PID的护盾式临时支护机器人带压行驶精准控制方法:通过集成在推移油缸上的位移传感器与液压回路中的压力传感器实时采集临时支护机器人的压力与位移信号,用于反映临时支护机器人带压行驶途中支护力和行驶位移的变化情况,并根据支护力和推移量的误差和误差率,利用模糊PID算法对支护力和推移量的控制参数进行修正,实现基于模糊PID算法的带压行驶可靠控制。仿真与实验结果均表明,模糊PID控制的效果优于传统PID控制,在模糊PID控制下,护盾式临时支护机器人推移行驶过程中的支护力相对误差小于1%,行驶位移误差小于2 mm,且支护力和推移量控制响应速度快,保证了推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护。

基于差分非平稳Transformer的液压支架立柱压力预测

液压支架立柱压力预测是回采工艺决策的重要依据,也是确保围岩稳定的基础信息之一。然而,液压支架立柱压力虽然具有一定的规律性,却无法用简单的数学模型进行预测;且在回采过程中,支架不接顶、顶板破碎、传感器检测误差等带来大量的随机噪声,使得压力数据劣化为非平稳时间序列,给压力的预测带来的很大的困难。本文在Transformer基础上,提出一种差分非平稳Transformer模型,在Transformer的编码器和解码器中分别引入差分归一化和反归一化操作,以提升序列的平稳性。同时,在Transformer中采用去平稳注意力机制,计算序列元素之间的关联关系,以增强模型的预测能力。在真实的煤矿支架立柱数据集上的对比实验表明,本文提出的差分非平稳Transformer的预测效果达到0.674,表现明显优于LSTM、Transformer和非平稳Transformer模型。

大埋深“三软”厚煤层智能综放开采技术研究

针对大埋深“三软”条件下厚煤层综放开采的过程中液压支架钻底以及巷道底鼓的问题,以淮北信湖煤矿818智能综放工作面为研究背景,对液压支架的适用性进行了分析,并介绍了818智能综放采煤工作面的液压支架自动化系统。通过理论计算得出液压支架的最大工作阻力为9940 kN,分析现场实测数据可知中部液压支架的工作阻力最高,其次是下部,上部最小。工作面支架前排立柱受力大于后排立柱,工作面来压时,液压支架前立柱工作阻力平均比后立柱工作阻力大44.5%,前排立柱工作阻力占整架工作阻力的比例大致在0.57~0.74之间,工作面液压支架平均工作阻力为28.11 MPa,因此动载荷计算法更适合818工作面支架工作阻力计算;分析了液压支架钻底的原因,并提出液压支架的管控措施;通过数值模拟得到工作面超前支承压力的影响范围为煤壁前方110 m,工作面中部峰值应力最大,其次是下部,最后是上部,峰值应力出现在煤壁前方12~19 m;由现场实测数据可知煤壁向外105 m范围内,巷道底鼓及两帮变形量相对较大,巷道顶板下沉及底鼓比较明显,在此基础上提出预防巷道底鼓的相关措施,以期为淮北矿区以及类似条件下开采的工作面提供借鉴与参考。

ZY4200/12/28新型结构液压支架研究

针对普通结构液压支架使用过程中存在的拆装困难、维修不便和使用安全等问题,设计了一种新结构液压支架,采用了创新的顶梁结构形式、管路敷设方式和底座立柱压板结构。实践表明,该结构能够适应矿井复杂环境,具有操作方便、维护性好、安全性高等特点。

基于数据驱动的液压支架初撑后承压效果即时预测技术

采煤工作面实际生产中,受顶板条件、采动、液压支架姿态影响,液压支架初撑后立柱压力可能发生变化,进而影响支架初撑后承压效果。液压支架在初撑后出现的承压失效可能导致煤壁片帮、架间冒漏、支架前倾、倒架等问题。目前智采工作面液压支架初撑力调控策略大多是直接判断升柱时立柱压力是否达到额定初撑力,缺乏考虑初撑后立柱压力变化引起的承压效果判断。针对上述问题,提出了一种基于立柱压力数据驱动的液压支架初撑后承压效果即时预测方法。将液压支架初撑后3 min内的立柱压力历史数据状况分为6种典型工况,并根据初撑后承压效果的不同将6种典型工况分为有效承压或失效承压;通过相关性分析,确定了影响支架初撑后承压效果的5个特征因素;对立柱压力样本进行有效承压或失效承压人工标注,并进行特征提取,将特征值分别输入决策树、随机森林、支持向量机、K最近邻(KNN) 4种不同算法建立预测模型,经过对比分析,随机森林模型预测准确率最高,达到95.60%,基本满足模型应用的准确率要求;建立了基于随机森林的液压支架初撑后承压效果即时预测模型,在此基础上开发了液压支架初撑后承压效果即时预测系统,并部署到煤矿现场应用,经过连续25 d的运行,该系统采集到液压支架初撑后3 min内的立柱压力后,可在5 s内输出液压支架初撑后的承压效果,预测结果与实际操作记录对比准确率为82.48%,说明该系统具有较高的承压效果预测准确性。

可移动式液压支架外加载及比压测试技术研究

为解决液压支架让缩性能、底座比压等测试项目的检测检验以及现有液压支架试验装置无法进行外加载的技术难题,设计了一种可移动式液压支架外加载及比压测试装置。该装置采用12根气液组合功能加载油缸作为外加载动力源及比压测试数据采集元件,可分别用于外加载和底座比压测试。外加载测试时,利用基于高精度刚性液压同步油缸调整技术的多缸同步加载实现测试装置的外加载功能;比压测试时,根据试验装置承载外载荷时不同区段的“气弹簧”沉降位移及压力数据的相互关系得到比压分布数值。通过在不同的试验台对不同规格液压支架进行让缩性能和比压测试试验,发现外加载测试过程平稳、比压测试数据采集快捷准确。实际测试表明,该装置具备在不同的液压支架试验装置间进行共享使用的功能,可有效解决液压支架外加载及比压测试的技术难题。

涡北煤矿842工作面顶板水力压裂转移侧向采动应力分布规律

水力压裂技术是实现工作面采动应力转移的重要手段之一。以涡北煤矿842工作面为研究背景,通过数值模拟研究顶板水力压裂技术对842工作面侧向采动应力转移效果和规律的影响。结果表明,水力压裂技术可使距离采空区30 m范围内支承压力有较显著降低,但对距离采空区超过30 m外的区域卸压效果微弱。基于数值模拟结果,开展842工作面风巷水力压裂现场工程实践,结合现场智能钻孔窥视测试结果,发现水力压裂后老顶砂岩中产生了明显的压裂裂隙,为有效阻隔842工作面侧向采动应力向841工作面沿空掘巷传递提供了良好的条件。研究成果对于指导顶板侧向采动应力转移具有一定的理论与工程意义。

放煤过程中液压支架顶梁动态载荷演化特征试验研究

接触式煤矸识别需要研究综放开采液压支架顶梁承载特性,但现有研究大多重点关注放煤前后的支架承载特性或在给定载荷情况下支架的力学响应特征,忽略了对放煤过程中载荷变化的深入探究。针对上述问题,搭建了放顶煤支架动态载荷相似模拟试验平台,借助散体颗粒模拟破碎煤矸块体,反演了综放工作面放煤过程,利用薄膜压力传感器采集支架顶梁压力,分析了放煤过程中顶梁动态载荷演化特征。试验结果表明:①顶煤的放出对支架顶梁载荷产生了较为明显的影响,即随着顶煤放出,支架顶梁载荷整体呈先增大后减小最终稳定的演化规律。②沿顶梁长度方向,支架顶梁距离掩护梁越远的位置受顶煤放出的影响越小,主要表现在距离掩护梁越远,顶梁载荷峰值相较初始值的增幅越小,且达到载荷峰值所需的时间越长。③沿顶梁宽度方向,由于顶煤的放出过程受到了约束边界或流动过程不均衡性的限制,顶梁不同位置的载荷峰值具有差异性,顶梁载荷峰值相较初始值的增幅最大值达到了最小值的2.4倍。

浅埋煤层矿压显现及支架适应性分析

为了探究浅埋煤层坚硬顶板工作面矿压显现以及验证液压支架的合理性,以庄子河煤矿15107工作面为研究对象,采用理论计算、PFC软件模拟、现场实测相结合的方法,研究该工作面开采过程中矿压显现的规律并开展液压支架适应性研究。结果表明:理论计算15107工作面基本顶初次来压步距约41.56 m,周期来压步距约为16.98 m,与数值模拟、现场实测数据基本一致;对上部、中部和下部支架的工作压力频率进行了分析,结果表明液压支架满足工作面正常开采要求。该研究成果对类似地质条件下探究其矿压显现规律以及工作面液压支架的选型具有一定的借鉴意义。

褶曲构造影响区内翼部煤层开采矿压机理及防治技术

文章以褶曲构造影响区内翼部煤层中3605综放面水平分层开采为研究背景,通过现场调研发现其开采期间面临强矿压显现频发的问题,进而采用理论分析的方法对煤层受力特征进行了分析,并结合某一典型强矿压显现期间的微震能量事件阐释了动静载叠加诱发强矿压的机理,最后提出了针对性的卸压措施。研究结果表明:3605综放面围岩受力情况分属于Ⅰ和Ⅱ两个煤体区域,且Ⅰ煤体区域因发生塑性变形而致使Ⅱ煤体区域承受高应力载荷;根据微震能量事件定位情况理论计算确定了动静载叠加作用下工作面底部所存在的三角形强矿压影响区域尺寸;现场对3605综放面运输巷超前段100 m范围内上侧覆岩内坚硬顶板和巷道底煤分别进行卸压爆破措施后,钻屑量和微震总能量、频次数据验证了卸压效果的显著有效性。