综采工作面矿压三维成像软件的开发和利用

张申

【摘要】为解决以往综采工作面矿压数据存储、调用和分析处理较为繁琐的难题，将VC++6.0系列软件和Surfer 8.0、SQL2000系列软件进行结合，形成了综采工作面液压支架伺服系统监测数据处理软件，该软件可将KBJ矿用数字压力计采集的工作面矿压数据建立出直观的支架阻力三维立体图，并可快速、直观反映工作面的矿压实时状况；实践应用与凌志达煤矿15101工作面，应用效果良好。

【关键词】综采工作面；支架阻力；三维成像；伺服系统

Development and Utilization of Three-dimensional Imaging Software of Mine Pressure in Fully Mechanized Working Face

ZHANG Shen

(Fangzhuang No.1 Coal Mine, Henan Coal Chemical Industry Group Co.,Ltd, Jiaozuo Henan, 454003, China)

【Abstract】In order to solve the complicated problem of mine pressure data storage, analysis and processing in fully mechanized working face. Combine the software of VC++6.0, Surfer 8.0 and SQL2000, formed the servo system monitoring data processing software of hydraulic powered support, in which the pressure data of mining face will be created as three-dimensional stereogram and the mine pressure conditions will be reflected in time. Practical application in LingZhiDa coal mine 15101 working face, the effect is good.

【Key words】Fully mechanized working face; Hydraulic powered support; Three-dimensional imaging; Servo system

0前言

对综采工作面矿山压力监测数据进行及时分析处理，能够为综采面支架选型、支护参数和回采工艺优化提供参考[1-3]。但是从目前井下工作面矿山压力监测数据的应用现状来看，还不能够做到及时全面的处理分析井下观测到的大量矿压数据，这是制约研究人员对综采面矿压规律进行实时掌握的关键所在，若能解决这个问题，将会极大地缩短研究人员分析掌握井下矿压规律的时间，进而能够更好的及时指导生产[4-5]。

开发综采面液压支架伺服系统监测数据处理软件的主要目的是实现综采面液压支架原始数记录数据处理的自动化，并运用科学、合理的方法手段对处理后的数据进行快速的分析、总结、研究，从而帮助技术人员及时掌握综采面矿压规律。

1软件介绍

本软件系统结合美国Golden Software公司的绘图软件Surfer 8.0[6]，基于Windows操作平台，采用Visual C++编译器[7]，SQL2000数据库等软件进行的系统开发。通过数据库平台SQL Server2000对采集到的数据进行存储[8]，通过高级编程语言VC自主研发了综采面液压支架伺服系统监测数据处理软件，并以凌志达矿15101综采工作面为例建立数据资料库，实现多种信息的综合管理，借助强大的数据库软件对整个综采面的液压支架伺服系统采集的大量数据进行分析，帮助矿方实现综采面顶板压力的长期全面监测和三维成像。

2软件开发

运用Microsoft Visual C++ 6.0开发系统的主界面、煤矿顶板压力三维成像系统和二维成像子界面等。运用SQL2000建立数据库，对井下记录数据进行处理保存。运用Visual C++6.0编写所建模块核心代码，通过对SQL2000、Surfer 8.0进行调用，实现软件各项功能，软件主界面与系统设置界面如图1、图2所示。

图1软件主界面

图2系统设置界面

2.1绘图流程

打开综采面液压支架伺服系统监测数据处理软件，在数据管理下拉菜单里面导入井下工作面液压支架记录的.out原始数据文件，用户设定所需分析的时间段或距离段数据，然后调用SQL2000数据库创建数据库，并在数据库中写入相应的数据，以一定的格式储存在指定文件夹。数据库按照设定好的程序自动将原始数据分类处理为XY.xls和XYZ.xls两类形式进行存储，其中XY.xls数据又可分为两类，一类是同一时刻所有支架的阻力值，另一类是同一支架不同时刻的阻力值；XYZ.xls数据是不同支架在不同时刻所对应的的阻力值。Surfer软件调用不同类型数据，对.xls数据文件进行网格化，生成.grd文件，然后加载.grd文件，即将井下工作面液压支架支护阻力呈现为相应的二维、三维的图形，用户在相应的页面进行查看修改。根据图形结果，在综合报表菜单中输入相关参数，可得到工作面周期来压步距、液压支架平均工作阻力、动载系数等参数。

2.2理论基础

研究综采面矿山压力规律，需要对井下记录的原始矿压数据进行再计算处理，得到研究矿压规律所需的各项参数，主要有支架支撑力、末阻力、来压步距、动载系数等，具体计算公式如下：

（１）支架整架支撑力P0由下式计算：

P0=■，kN

式中：Q0i——支架初撑时立柱油缸高壓侧的压力，MPa；

D——立柱油缸内径，cm；

Z——支架立柱数目。

（2）支架末阻力统计与分析

循环末阻力Pm系指循环末移架前的工作阻力正常情况下，循环末阻力为循环内最大工作阻力，支架循环末阻力由下式计算：

Pm=■，kN

式中：Qmi——循环末立柱油缸高压侧的压力，MPa；

（3）支架加权工作阻力统计与分析

由于支架工作阻力随时间而不断变化，所以循环末阻力还不足以反映支架的全部受力情况，时间加权平均阻力Pt(指一个采煤循环内以时间为加权计算的平均工作阻力)则可反映出这一差别。

Pt可按下式近似地求得：

Pt=■

式中：t1，t2，tn—每一曲边梯形所对应的持续时间，min；

P0，P1，P2—立柱不同时刻的工作阻力，kN。

（4）顶板来压步距与强度统计与分析

利用顶底板移近量及支柱(架)工作阻力P0、Pt、Pm初步判定老顶初次来压步距L0及周期来压步距LE，再参考煤壁片帮深度C、冒落高度hz、顶板破碎度F及巷道底鼓速度的变化规律对L0、LE做进一步的判断；用动压系数KD(老顶周期来压时工作阻力P基与非周期来压期间工作阻力P平的比值)作为衡量来压强度的标准；统计不同时期（周期来压与非周期来压）各种类型关系曲线所占的百分数，分析顶板作用力的大小及支架对顶板的适应性。

2.3软件功能

根据系统总体设计思路，综采面液压支架伺服系统监测数据处理软件可分为5大功能模块，即系统维护模块、数据管理模块、综合数据处理模块、矿压分析模块和查看、帮助模块，具体结构如图3所示：

图3系统总体功能模块划分

3工程实践

工作面矿压观测方案：

凌志达煤矿15101工作面平均煤厚3.85m，煤层倾角平均1°～3°，煤层赋存稳定，结构简单，工作面长度为175m，走向长度为2240m；在15101工作面共安装8个山东优洛卡YHY60（B）矿用本安型数字压力计（原KBJ-60III-1矿用数字压力计），依次安装在10#、20#、30#、45#、60#、75#、85#、95#等8个支架上，用来监测支架的左支柱压力，该压力传感器每5分钟自动记录支架右支柱压力，通过FCH32/0.2矿用本安型手持采集器（原KBJ-60III-2矿用压力数据采集器）定时采集记录数据，然后通过适配器将红外无线通讯模式转换为有线RS-232模式，并将数据传输到PC计算机，利用煤矿综采支架压力监测数据管理系统进行数据分析，如下图4、图5所示。

图4工作面支架测点布置

图5综采记录仪监测系统

对15101工作面液压支架进行数据采集，直接导入到煤矿井下工作面矿压三维成像软件，软件可自动进行分析计算整理。如图6所示，该软件可通过显示工作面支架工作阻力三维示意图显示工作面矿压状况，工作面各个位置来压强度大小、来压步距均能从图中直观反映；图6(a)为1天(235m-243m)的矿压显现三维示意图，图6(a)为5天(320m-345m)的矿压显现三维示意图，由图6(b)可知，工作面在320m处整体来压，并在439m处再次来压，来压步距19m，工作面中上部来压强度较大。

(a) 1天

(b) 5天

图6工作面支架阻力三维示意图

4结论

将VC++6.0系列软件和Surfer 8.0、SQL2000系列软件进行结合，开发了综采液压伺服系统，该系统的开发有效解决了井下综采面记录的矿压数据存储、调用，改变以往处理分析数据的繁琐的难题，并可快速、直观反映工作面的矿压状况。

【参考文献】

［１］杨怀涛,赵道辉,黄国华,等.综采工作面矿压在线监测系统的研究与应用[J].煤矿现代化,2013,117(6):47-48.

［２］郭浩森.特厚煤层综放采场矿压显现特征及覆岩移动规律研究[D].河南理工大学,2012.

［３］吕要增.关于采煤工作面矿压监测与数据信息融合技术应用[J].2012,117(1):262-263.

［４］王国法.液压支架技术体系研究与实践[J].煤炭学报,2010,35(11):1903-1908.

［５］郭浩森,李化敏,李东印,等.重型综放工作面快速回撤与末采期顶板控制技术[J].煤炭科学技术,2012,40(10):34-36,40.

［６］陈欢欢,李星,丁文秀.Surfer 8.0等值线绘制中的十二种插值方法[J].工程地球物理学报,2007,4(1):52-57.

［７］苏岳龙,李贻斌,宋锐.基于VC++6.0的高速串口通信数据采集系统[J].数采与监测,2005,21(5):147-148.

［８］柏銀,李志蜀,朱兴东.MD5算法及其在远程身份认证中的应用[J].四川大学学报,2006,43(2):306-309.

［责任编辑：汤静］