[发明专利]基于地质数据的智能化工作面煤岩界面识别方法

摘要

本发明公开了一种基于地质数据的智能化工作面煤岩界面识别方法，包括步骤一、基于地质数据的煤层三维建模101、实测地质数据获取获取待开采煤层的实测地质数据，实测地质数据包括煤层地质数据、回采巷道地质数据和切眼地质数据；102、煤层模型构建数据存储、插值运算、三维坐标数据库生成和模型构建；二、煤层初步开采及煤岩界面识别；三、煤层后续开采及煤岩界面识别采用采煤机由后向前对待开采煤层继续进行开采；每一个工作面开采之前，均先对该工作面的煤岩界面进行识别。本发明方法步骤简单、合计合理且实现方便、使用效果好，根据实测地质数据并结合滚筒调高轨迹预测数据，对煤岩界面进行简便、快速、准确识别。

主权项

一种基于地质数据的智能化工作面煤岩界面识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、基于地质数据的煤层三维建模，过程如下：步骤101、实测地质数据获取：获取待开采煤层(1)的实测地质数据；所述待开采煤层(1)的实测地质数据包括煤层地质数据、回采巷道地质数据和切眼地质数据；所述待开采煤层(1)的工作面为回采工作面，工作面运输巷(2)和工作面回风巷(3)之间通过切眼(4)连通；所述工作面运输巷(2)和工作面回风巷(3)呈平行布设且二者均与所述回采工作面的长度方向呈垂直布设，所述切眼(4)与所述回采工作面的长度方向呈平行布设；所述待开采煤层(1)分为运输巷区域煤层、回风巷区域煤层、切眼区域煤层和待开采区域煤层，所述运输巷区域煤层为待开采煤层(1)中位于工作面运输巷(2)所处区域的煤层，所述回风巷区域煤层为待开采煤层(1)中位于工作面回风巷(3)所处区域的煤层，所述切眼区域煤层为待开采煤层(1)中位于切眼(4)所处区域的煤层，所述待开采区域煤层为待开采煤层(1)中位于工作面运输巷(2)和工作面回风巷(3)之间的煤层；所述回采巷道地质数据包括运输巷地质数据和回风巷地质数据；所述运输巷地质数据包括所述运输巷区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据，所述回风巷地质数据包括所述回风巷区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；所述切眼地质数据包括所述切眼区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；所述煤层地质数据包括所述待开采区域煤层顶部多个测点的三维坐标数据；步骤102、煤层模型构建：采用数据处理设备(6)建立待开采煤层(1)顶部的三维立体模型，过程如下：步骤1021、数据存储：调用数据存储模块对步骤一中所述待开采煤层(1)的实测地质数据进行存储；步骤1022、插值运算：根据步骤1021中所述待开采煤层(1)的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据，调用插值运算模块计算得出待开采煤层(1)顶部多个位置点的三维坐标数据；步骤1023、三维坐标数据库生成：调用数据库生成模块生成待开采煤层(1)顶部的三维坐标数据库；所述三维坐标数据库内存储有步骤1021中所述待开采煤层(1)的实测地质数据中所有测点的三维坐标数据和步骤1022中计算得出的待开采煤层(1)顶部多个位置点的三维坐标数据；步骤1024、模型构建：根据步骤1023中生成的待开采煤层(1)顶部的三维坐标数据库，调用三维建模软件建立待开采煤层(1)顶面的三维模型；步骤二、煤层初步开采及煤岩界面识别：采用采煤机(7)且沿工作面推进方向由后向前对所述待开采煤层(1)进行开采，并完成所述待开采煤层(1)的前n个工作面的开采过程；其中，n为正整数且n＝6～8；采用采煤机(7)对待开采煤层(1)的任一个所述工作面进行开采之前，根据步骤一中所建立的待开采煤层(1)顶面的三维模型，对该工作面所处位置处待开采煤层(1)的煤岩界面进行识别；采用采煤机(7)对待开采煤层(1)的任一个所述工作面进行开采时，根据该工作面所处位置处待开采煤层(1)的煤岩界面识别结果进行开采；采用采煤机(7)对任一个所述工作面进行割煤过程中，均采用数据处理设备(6)对m个截割位置处的滚筒截割姿态数据进行记录，获得该工作面开采过程中的采煤机调高数据组，并采用数据处理设备(6)将获得的所述采煤机调高数据组同步存储至预先建立的采煤机调高数据库内；所述采煤机调高数据库内按照开采先后顺序由前至后存储有待开采煤层(1)中当前已完成开采的所有工作面开采过程中的所述采煤机调高数据组；所述采煤机调高数据组包括对所述待开采煤层(1)进行一刀割煤过程中m个截割位置处的滚筒截割姿态数据，其中m为正整数且m≥5；m个所述截割位置沿工作面长度方向由前至后进行排列；每个截割位置处的滚筒截割姿态数据均为该截割位置处采煤机(7)的截割滚筒(7‑1)的三维坐标数据，所述截割滚筒(7‑1)的三维坐标数据中Z轴坐标数据为滚筒高度数据；步骤三、煤层后续开采及煤岩界面识别：采用采煤机(7)且沿工作面推进方向由后向前对所述待开采煤层(1)继续进行开采；每一个所述工作面开采之前，均先对该工作面的煤岩界面进行识别，过程如下：步骤301、识别用滚筒高度数据序列获取：采用数据处理设备(6)从所述采煤机调高数据库内获取当前工作面后侧的n个工作面开采过程中的所述采煤机调高数据组；所获取的n个所述采煤机调高数据组中的所述滚筒高度数据组成识别用滚筒高度数据序列，每个所述采煤机调高数据组中的所述滚筒高度数据均组成一个滚筒高度数据组；所述识别用滚筒高度数据序列中的n个所述滚筒高度数据组按照开采先后顺序由前至后排列，每个所述滚筒高度数据组中均包括m个截割位置处的所述滚筒高度数据；所述识别用滚筒高度数据序列记作X(0)；X(0)＝(x(0)(1),x(0)(2),x(0)(3),...,x(0)(n))，其中x(0)(k)为所述识别用滚筒高度数据序列中的第k个所述滚筒高度数据组，其中k为正整数且k＝1、2、3、…、n；x(0)(k)中的第h个所述滚筒高度数据记作x(0)(k,h)，其中h为正整数且h＝1、2、3、…、m；步骤302、滚筒高度初步预测：采用数据处理设备(6)且调用灰色预测模型构建模块，对步骤301中所获取的所述识别用滚筒高度数据序列进行处理，建立灰色预测模型；再根据所建立的所述灰色预测模型，采用数据处理设备(6)处理得出所述待开采煤层(1)的n+1个所述工作面开采过程中的滚筒高度初步预测结果；其中，第k'个所述工作面开采过程中的滚筒高度初步预测结果记作k'为正整数且k'＝1、2、3、…、n、n+1；中包括m个滚筒高度初步预测值；所得出的前n个所述工作面开采过程中的滚筒高度初步预测结果组成滚筒高度预测数据序列，所述滚筒高度预测数据序列中的n个所述滚筒高度初步预测结果按照开采先后顺序由前至后排列；所述滚筒高度预测数据序列记作中的第k个所述滚筒高度初步预测结果记作中的第h个所述滚筒高度初步预测值记作第n+1个所述工作面开采过程中的滚筒高度初步预测结果记作为采用采煤机(7)对当前工作面进行开采过程中的所述滚筒高度初步预测结果；中的第h个所述滚筒高度初步预测值记作步骤303、滚筒高度初步预测结果修正，过程如下：步骤3031、建立预测残差的马尔可夫链：采用数据处理设备(6)且调用差值运算模块，对步骤301中所述识别用滚筒高度数据序列与步骤302中所述滚筒高度预测数据序列进行差值运算，得出预测残差的马尔可夫链；所述预测残差的马尔可夫链，记作为所述预测残差的马尔可夫链中的第k组预测残差，中包括m个截割位置处的预测残差，中第h个截割位置处的预测残差记作步骤3032、马尔可夫预测：采用数据处理设备(6)且调用马尔科夫预测算法模块对步骤3031中所述预测残差的马尔可夫链进行处理，预测出所述预测残差的马尔可夫链中的第n+1组预测残差中包括m个截割位置处的预测残差，中第h个截割位置处的预测残差记作步骤3033、滚筒高度预测数据组计算：根据步骤302中所述的和步骤3032中所述的采用数据处理设备(6)计算得出当前工作面开采过程中的滚筒高度预测数据组中包括当前工作面开采过程中m个截割位置处的滚筒高度预测值，中第h个截割位置处的滚筒高度预测值记作步骤3034、采煤机调高预测数据组获取：根据步骤3033中所述的当前工作面开采过程中的滚筒高度预测数据组并结合当前工作面开采过程中m个截割位置处截割滚筒(7‑1)的平面位置信息，采用数据处理设备(6)得出当前工作面开采过程中的采煤机调高预测数据组，所述采煤机调高预测数据组中包括当前工作面开采过程中m个截割位置处的滚筒截割姿态预测数据；每个截割位置处的滚筒截割姿态预测数据均为预测出的该截割位置处的滚筒截割姿态数据；步骤304、调高轨迹获取：所述数据处理设备(6)根据当前工作面开采过程中的所述采煤机调高预测数据组，获得当前工作面的滚筒调高轨迹；步骤305、煤岩界面分界线输出：采用数据处理设备(6)输出当前工作面所处位置处待开采煤层(1)的煤岩界面分界线；当前工作面所处位置处待开采煤层(1)的煤岩界面分界线为步骤304中获得的当前工作面的滚筒调高轨迹；步骤三中采用采煤机(7)对任一个所述工作面进行割煤过程中，均采用数据处理设备(6)对m个截割位置处的滚筒截割姿态数据进行记录，获得该工作面开采过程中的采煤机调高数据组，并采用数据处理设备(6)将获得的所述采煤机调高数据组同步存储至预先建立的采煤机调高数据库内。