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[摘 要]综采工作面压力分析系统以综采工作面支架工作阻力为主要研究对象，高度集成了影响综采安全的因素，如支架性能、顶板压力、设备情况、地质构造、周边开采情况等，比较全面地展现了支架的工作状况、随采煤机运行工作面压力变化的情况，分析了压力变化规律，经过高度的计算机系统集成，实现了快捷的把握安全生产现状，指导安全生产。
[关键词]综采工作面 支架工作阻力 工作面压力 系统集成
中图分类号：TD672 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）34―0239―01
1 概述
生产数据是现代企业生产正常运转的根源。如果数据流能够很容易地从生产过程到达决策层，决策者就可以更快捷地作出决策，体现信息的价值，实现更大的收益。不论是中小企业，还是跨国公司，其成功都依赖于准确和快速的数据。但是，如果生产系统和商业系统之间缺乏关键的连接，企业永远不能发挥其真正的潜力，生产管理方面尤为重要。在当今风云变化的商业环境中，通过实时把握生产质量、生产进度、生产效率来调节和控制生产已越来越紧迫。
目前，国内监测工作面压力数据主要以人工采集为主，而非实时监测，存在很大的系统数据误差。同时，公司下属各矿各自监控各自的工作面，调度员和管理层无法及时沟通，无法形成统一的监测管理。基于神东公司多矿山、多工作面、多设备型号的原因，必须将各厂商的不同传输协议进行统一化数据处理，将所有数据集成到同一平台。以矿压分析为代表的综采工作面矿压监测的实践应用分析，国外早就有了类似的尝试，但是，由于各方面的原因，一直以来矿压数据只是以一定时间间隔内的一张图表显示，不能进行矿压的相关性数据分析和查询。神东公司作为中国煤炭行业的标杆，进行此项技术应用，具有现实必要性。
2 系统架构
本系统利用计算机硬件、软件、网络通信设备进行数据的收集、传输、加工、储存、更新和维护，支持组织高层决策、中层控制、基层运作的集成化的人机系统，设计方案在信息管理系统软件的功能方面分为二个层次：第一个层次是供各业务部门使用，信息粒度小，信息量大，这是用于支持基层业务的运作所必需的；第二个层次的功能是供管理者使用，这些管理者所查看的数据粒度较大，为管理者进行决策提供数据上的支持。
2.1 网络架构
网络架构的实现基于以下要点：○1在中心调度室作为各矿数据汇聚的中心，其他各矿通过千兆光纤链路连接到中心调度室；○2中心调度机房设置3～4台服务器，安装相应的操作软件，对各矿的综采数据进行数据收集，并完成历史数据存储；○3有数据分析与数据查询服务器对相关的数据进行分析与查询。图1展示了综采工作面压力分析系统网络结构图。
2.2 B/S开发架构
综采工作面矿压分析系统是对所测工作面压力信息实时、全面、综合分析的系统软件，是监测系统软件包的重要组成部分。该系统软件采用先进的面向对象的程序设计，界面生动，操作方便，易于维护。该系统软件主要由统计、运算功能、监测显示功能、分析打印功能、报表处理功能、查询功能等组成，系统软件框图如图2所示，本分析系统将以B/S架构的形式展现。
3 数据实现
神东矿区目前及今后相当一段时间内，各矿开采区域大部分属于浅埋煤层长臂开采。埋深浅、岩基薄，上覆厚松散砂层是该区域煤层的典型赋存特征。虽然煤层倾角接近水平，赋存稳定，开采条件优越，但是矿井开采实践表明，长臂工作面普遍有台阶下沉现象，矿压显现明显，严重影响了开采的安全性、产量和效率。
以神东矿区上湾矿51204工作面的实际数据为分析对象。上湾矿51204工作面的实际相关参数为：西2盘区3-1煤、地面标高：1 157～1 300m、走向长：301.5m、倾向长：5 227m、平均采高：6.1m、煤层厚度：5.2～7.3m、倾角：1～5度、变异系数：0.51。其他因素包括：煤层情况、煤质情况、储量情况、煤层顶底板情况、地面位置、井下位置及四邻采掘情况、回采工作面设施的影响、地质构造情况、水文地质情况及防水措施、影响回采的其他因素等等。
图3展示了来压显现模块的部分功能图。从来压显现的角度，从宏观压力和微观工作阻力相结合去展现支架的实际工作阻力。其中：图（a）描述了24h矿压图，即形象化的展示了24h内矿压随时间变化而发生的变化情况，包括正常生产时间、故障时间、检修时间在内的所有时间变化内的工作面压力变化情况；图（b）描述了24h推移行程矿压图，即在图（a）基础上去除了故障时间、检修时间在内的压力变化，展示了随着推移行程的改变，压力的变化情况。
图4展示了支架工作阻力分析模块的部分圖，对支架的工作阻力进行统计分析，把握支架的不同时间段、不同推移行程内、整体开采周期内的工作阻力变化情况，同时，对支架选型配套的验证，以及指导下一工作面的选型配套有一定的帮助。其中：图（a）描述了单个支架某个时间段内的压力变化情况，可以形象化的观测出随时间变化支架工作阻力的变化，以及安全阀是否开启，还是移架操作；图（b）是在图（a）的基础上，对不同共组区间的频率进行分析，间接的也展示了该区间内的支架来压时间长短。
图5展示了周期来压分析部分图。基于支架压力数据，从周期来压的角度出发，对综采工作面压力进行展示、分析。其中：图（a）为可视化周期来压图，可以直观的展示周期来压的位置、来压的强度、以及来压影响范围；图（b）为在周期来压判断基础上的周期来压预测曲线图，本部分预测模型采用了灰色预测GM（1，1）模型理论，预测精度高，达到了实际指导安全生产的要求。
4 结语
本系统的使用，将准确、高效地指导安全生产，进一步带动经济效益的提高。
1）对神东多矿的各项综采矿压相关信息进行集中处理、分类展现，进行相关统计和分析，提高了综采矿压管理效率； 2）将综采相关采集的数据作为目标，相关基本参数管理、来压显现、支架工作阻力分析、来压判断及预测、安全阀统计与分析、支架工作阻力与煤机运行分析等实施全面的管理，使综采矿压业务高度集成；
3）代替了各矿生产办目前手工产生的EXCEL矿压图，极大的简化了生成矿压图的业务量，简化了日常矿压管理；
4）提供了个更多的周期来压相关参数，为掌握周期来压规律提供了一定的依据；
5）为液压支架选型配套提供了参考参数，使得选型配套有了一定的数据依据；
6）一定程度上，减少了各矿在企校、企企之间该类问题的研究分析，降低了生产成本。
参考文献
[1]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003
[2]蓝航，康副昔.高档普采工作面矿压显现规律[J].煤矿开采，2005
[3]宋建国.大采高综采面矿压显现规律研究[J].矿山压力与顶板管理，2005
[4]于斌.“两硬”条件下4.5～5m大采高综采技术[J].煤炭科学技术，2004
[5]郝海金，张勇.大采高开采工作面煤壁稳定性随机分析[J].辽宁工程技术大学学报，2005
[6]彭学东.大采高工作面顶板冒落性分析与预防[J].煤矿开采，2004
[7] Chien（Q Jan）Minggao.A study of the behavior of overlying strata in longwall-mining and its application to strata control.Strata Mechanics[M].Elsevier Scintilla Publishing Company，1982
[8] Oyler，DavidC.Mark，Christopher.Dolinar，Dennis R.etc A study of the ground control effects of mining longwall faces into open or backfilled entries.Geotechnical and Geological Engineering，2001
作者簡介
贺英波，（1985-），男，陕西神木人，2007年毕业于中国矿业大学（徐州）自动化专业，主要从事综采工作面设备的数据传输、监测、数据分析的技术研究，以及设备运行及效能分析、现为神东煤炭集团公司设备管理中心调度信息部副经理。
[关键词]综采工作面 支架工作阻力 工作面压力 系统集成
中图分类号：TD672 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）34―0239―01
1 概述
生产数据是现代企业生产正常运转的根源。如果数据流能够很容易地从生产过程到达决策层，决策者就可以更快捷地作出决策，体现信息的价值，实现更大的收益。不论是中小企业，还是跨国公司，其成功都依赖于准确和快速的数据。但是，如果生产系统和商业系统之间缺乏关键的连接，企业永远不能发挥其真正的潜力，生产管理方面尤为重要。在当今风云变化的商业环境中，通过实时把握生产质量、生产进度、生产效率来调节和控制生产已越来越紧迫。
目前，国内监测工作面压力数据主要以人工采集为主，而非实时监测，存在很大的系统数据误差。同时，公司下属各矿各自监控各自的工作面，调度员和管理层无法及时沟通，无法形成统一的监测管理。基于神东公司多矿山、多工作面、多设备型号的原因，必须将各厂商的不同传输协议进行统一化数据处理，将所有数据集成到同一平台。以矿压分析为代表的综采工作面矿压监测的实践应用分析，国外早就有了类似的尝试，但是，由于各方面的原因，一直以来矿压数据只是以一定时间间隔内的一张图表显示，不能进行矿压的相关性数据分析和查询。神东公司作为中国煤炭行业的标杆，进行此项技术应用，具有现实必要性。
2 系统架构
本系统利用计算机硬件、软件、网络通信设备进行数据的收集、传输、加工、储存、更新和维护，支持组织高层决策、中层控制、基层运作的集成化的人机系统，设计方案在信息管理系统软件的功能方面分为二个层次：第一个层次是供各业务部门使用，信息粒度小，信息量大，这是用于支持基层业务的运作所必需的；第二个层次的功能是供管理者使用，这些管理者所查看的数据粒度较大，为管理者进行决策提供数据上的支持。
2.1 网络架构
网络架构的实现基于以下要点：○1在中心调度室作为各矿数据汇聚的中心，其他各矿通过千兆光纤链路连接到中心调度室；○2中心调度机房设置3～4台服务器，安装相应的操作软件，对各矿的综采数据进行数据收集，并完成历史数据存储；○3有数据分析与数据查询服务器对相关的数据进行分析与查询。图1展示了综采工作面压力分析系统网络结构图。
2.2 B/S开发架构
综采工作面矿压分析系统是对所测工作面压力信息实时、全面、综合分析的系统软件，是监测系统软件包的重要组成部分。该系统软件采用先进的面向对象的程序设计，界面生动，操作方便，易于维护。该系统软件主要由统计、运算功能、监测显示功能、分析打印功能、报表处理功能、查询功能等组成，系统软件框图如图2所示，本分析系统将以B/S架构的形式展现。
3 数据实现
神东矿区目前及今后相当一段时间内，各矿开采区域大部分属于浅埋煤层长臂开采。埋深浅、岩基薄，上覆厚松散砂层是该区域煤层的典型赋存特征。虽然煤层倾角接近水平，赋存稳定，开采条件优越，但是矿井开采实践表明，长臂工作面普遍有台阶下沉现象，矿压显现明显，严重影响了开采的安全性、产量和效率。
以神东矿区上湾矿51204工作面的实际数据为分析对象。上湾矿51204工作面的实际相关参数为：西2盘区3-1煤、地面标高：1 157～1 300m、走向长：301.5m、倾向长：5 227m、平均采高：6.1m、煤层厚度：5.2～7.3m、倾角：1～5度、变异系数：0.51。其他因素包括：煤层情况、煤质情况、储量情况、煤层顶底板情况、地面位置、井下位置及四邻采掘情况、回采工作面设施的影响、地质构造情况、水文地质情况及防水措施、影响回采的其他因素等等。
图3展示了来压显现模块的部分功能图。从来压显现的角度，从宏观压力和微观工作阻力相结合去展现支架的实际工作阻力。其中：图（a）描述了24h矿压图，即形象化的展示了24h内矿压随时间变化而发生的变化情况，包括正常生产时间、故障时间、检修时间在内的所有时间变化内的工作面压力变化情况；图（b）描述了24h推移行程矿压图，即在图（a）基础上去除了故障时间、检修时间在内的压力变化，展示了随着推移行程的改变，压力的变化情况。
图4展示了支架工作阻力分析模块的部分圖，对支架的工作阻力进行统计分析，把握支架的不同时间段、不同推移行程内、整体开采周期内的工作阻力变化情况，同时，对支架选型配套的验证，以及指导下一工作面的选型配套有一定的帮助。其中：图（a）描述了单个支架某个时间段内的压力变化情况，可以形象化的观测出随时间变化支架工作阻力的变化，以及安全阀是否开启，还是移架操作；图（b）是在图（a）的基础上，对不同共组区间的频率进行分析，间接的也展示了该区间内的支架来压时间长短。
图5展示了周期来压分析部分图。基于支架压力数据，从周期来压的角度出发，对综采工作面压力进行展示、分析。其中：图（a）为可视化周期来压图，可以直观的展示周期来压的位置、来压的强度、以及来压影响范围；图（b）为在周期来压判断基础上的周期来压预测曲线图，本部分预测模型采用了灰色预测GM（1，1）模型理论，预测精度高，达到了实际指导安全生产的要求。
4 结语
本系统的使用，将准确、高效地指导安全生产，进一步带动经济效益的提高。
1）对神东多矿的各项综采矿压相关信息进行集中处理、分类展现，进行相关统计和分析，提高了综采矿压管理效率； 2）将综采相关采集的数据作为目标，相关基本参数管理、来压显现、支架工作阻力分析、来压判断及预测、安全阀统计与分析、支架工作阻力与煤机运行分析等实施全面的管理，使综采矿压业务高度集成；
3）代替了各矿生产办目前手工产生的EXCEL矿压图，极大的简化了生成矿压图的业务量，简化了日常矿压管理；
4）提供了个更多的周期来压相关参数，为掌握周期来压规律提供了一定的依据；
5）为液压支架选型配套提供了参考参数，使得选型配套有了一定的数据依据；
6）一定程度上，减少了各矿在企校、企企之间该类问题的研究分析，降低了生产成本。
参考文献
[1]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003
[2]蓝航，康副昔.高档普采工作面矿压显现规律[J].煤矿开采，2005
[3]宋建国.大采高综采面矿压显现规律研究[J].矿山压力与顶板管理，2005
[4]于斌.“两硬”条件下4.5～5m大采高综采技术[J].煤炭科学技术，2004
[5]郝海金，张勇.大采高开采工作面煤壁稳定性随机分析[J].辽宁工程技术大学学报，2005
[6]彭学东.大采高工作面顶板冒落性分析与预防[J].煤矿开采，2004
[7] Chien（Q Jan）Minggao.A study of the behavior of overlying strata in longwall-mining and its application to strata control.Strata Mechanics[M].Elsevier Scintilla Publishing Company，1982
[8] Oyler，DavidC.Mark，Christopher.Dolinar，Dennis R.etc A study of the ground control effects of mining longwall faces into open or backfilled entries.Geotechnical and Geological Engineering，2001
作者簡介
贺英波，（1985-），男，陕西神木人，2007年毕业于中国矿业大学（徐州）自动化专业，主要从事综采工作面设备的数据传输、监测、数据分析的技术研究，以及设备运行及效能分析、现为神东煤炭集团公司设备管理中心调度信息部副经理。