綜采工作面礦壓三維成像軟件的開發(fā)和利用

張申

【摘要】為解決以往綜采工作面礦壓數(shù)據(jù)存儲、調(diào)用和分析處理較為繁瑣的難題，將VC++6.0系列軟件和Surfer 8.0、SQL2000系列軟件進(jìn)行結(jié)合，形成了綜采工作面液壓支架伺服系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件，該軟件可將KBJ礦用數(shù)字壓力計(jì)采集的工作面礦壓數(shù)據(jù)建立出直觀的支架阻力三維立體圖，并可快速、直觀反映工作面的礦壓實(shí)時(shí)狀況；實(shí)踐應(yīng)用與凌志達(dá)煤礦15101工作面，應(yīng)用效果良好。

【關(guān)鍵詞】綜采工作面；支架阻力；三維成像；伺服系統(tǒng)

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

對綜采工作面礦山壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)分析處理，能夠?yàn)榫C采面支架選型、支護(hù)參數(shù)和回采工藝優(yōu)化提供參考[1-3]。但是從目前井下工作面礦山壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，還不能夠做到及時(shí)全面的處理分析井下觀測到的大量礦壓數(shù)據(jù)，這是制約研究人員對綜采面礦壓規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握的關(guān)鍵所在，若能解決這個(gè)問題，將會極大地縮短研究人員分析掌握井下礦壓規(guī)律的時(shí)間，進(jìn)而能夠更好的及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)[4-5]。

開發(fā)綜采面液壓支架伺服系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件的主要目的是實(shí)現(xiàn)綜采面液壓支架原始數(shù)記錄數(shù)據(jù)處理的自動化，并運(yùn)用科學(xué)、合理的方法手段對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的分析、總結(jié)、研究，從而幫助技術(shù)人員及時(shí)掌握綜采面礦壓規(guī)律。

1軟件介紹

本軟件系統(tǒng)結(jié)合美國Golden Software公司的繪圖軟件Surfer 8.0[6]，基于Windows操作平臺，采用Visual C++編譯器[7]，SQL2000數(shù)據(jù)庫等軟件進(jìn)行的系統(tǒng)開發(fā)。通過數(shù)據(jù)庫平臺SQL Server2000對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲[8]，通過高級編程語言VC自主研發(fā)了綜采面液壓支架伺服系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件，并以凌志達(dá)礦15101綜采工作面為例建立數(shù)據(jù)資料庫，實(shí)現(xiàn)多種信息的綜合管理，借助強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫軟件對整個(gè)綜采面的液壓支架伺服系統(tǒng)采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，幫助礦方實(shí)現(xiàn)綜采面頂板壓力的長期全面監(jiān)測和三維成像。

2軟件開發(fā)

運(yùn)用Microsoft Visual C++ 6.0開發(fā)系統(tǒng)的主界面、煤礦頂板壓力三維成像系統(tǒng)和二維成像子界面等。運(yùn)用SQL2000建立數(shù)據(jù)庫，對井下記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理保存。運(yùn)用Visual C++6.0編寫所建模塊核心代碼，通過對SQL2000、Surfer 8.0進(jìn)行調(diào)用，實(shí)現(xiàn)軟件各項(xiàng)功能，軟件主界面與系統(tǒng)設(shè)置界面如圖1、圖2所示。

圖1軟件主界面

圖2系統(tǒng)設(shè)置界面

2.1繪圖流程

打開綜采面液壓支架伺服系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件，在數(shù)據(jù)管理下拉菜單里面導(dǎo)入井下工作面液壓支架記錄的.out原始數(shù)據(jù)文件，用戶設(shè)定所需分析的時(shí)間段或距離段數(shù)據(jù)，然后調(diào)用SQL2000數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，并在數(shù)據(jù)庫中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以一定的格式儲存在指定文件夾。數(shù)據(jù)庫按照設(shè)定好的程序自動將原始數(shù)據(jù)分類處理為XY.xls和XYZ.xls兩類形式進(jìn)行存儲，其中XY.xls數(shù)據(jù)又可分為兩類，一類是同一時(shí)刻所有支架的阻力值，另一類是同一支架不同時(shí)刻的阻力值；XYZ.xls數(shù)據(jù)是不同支架在不同時(shí)刻所對應(yīng)的的阻力值。Surfer軟件調(diào)用不同類型數(shù)據(jù)，對.xls數(shù)據(jù)文件進(jìn)行網(wǎng)格化，生成.grd文件，然后加載.grd文件，即將井下工作面液壓支架支護(hù)阻力呈現(xiàn)為相應(yīng)的二維、三維的圖形，用戶在相應(yīng)的頁面進(jìn)行查看修改。根據(jù)圖形結(jié)果，在綜合報(bào)表菜單中輸入相關(guān)參數(shù)，可得到工作面周期來壓步距、液壓支架平均工作阻力、動載系數(shù)等參數(shù)。

2.2理論基礎(chǔ)

研究綜采面礦山壓力規(guī)律，需要對井下記錄的原始礦壓數(shù)據(jù)進(jìn)行再計(jì)算處理，得到研究礦壓規(guī)律所需的各項(xiàng)參數(shù)，主要有支架支撐力、末阻力、來壓步距、動載系數(shù)等，具體計(jì)算公式如下：

（１）支架整架支撐力P0由下式計(jì)算：

P0=■，kN

式中：Q0i——支架初撐時(shí)立柱油缸高壓側(cè)的壓力，MPa；

D——立柱油缸內(nèi)徑，cm；

Z——支架立柱數(shù)目。

（2）支架末阻力統(tǒng)計(jì)與分析

循環(huán)末阻力Pm系指循環(huán)末移架前的工作阻力正常情況下，循環(huán)末阻力為循環(huán)內(nèi)最大工作阻力，支架循環(huán)末阻力由下式計(jì)算：

Pm=■，kN

式中：Qmi——循環(huán)末立柱油缸高壓側(cè)的壓力，MPa；

（3）支架加權(quán)工作阻力統(tǒng)計(jì)與分析

由于支架工作阻力隨時(shí)間而不斷變化，所以循環(huán)末阻力還不足以反映支架的全部受力情況，時(shí)間加權(quán)平均阻力Pt(指一個(gè)采煤循環(huán)內(nèi)以時(shí)間為加權(quán)計(jì)算的平均工作阻力)則可反映出這一差別。

Pt可按下式近似地求得：

Pt=■

式中：t1，t2，tn—每一曲邊梯形所對應(yīng)的持續(xù)時(shí)間，min；

P0，P1，P2—立柱不同時(shí)刻的工作阻力，kN。

（4）頂板來壓步距與強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)與分析

利用頂?shù)装逡平考爸е?架)工作阻力P0、Pt、Pm初步判定老頂初次來壓步距L0及周期來壓步距LE，再參考煤壁片幫深度C、冒落高度hz、頂板破碎度F及巷道底鼓速度的變化規(guī)律對L0、LE做進(jìn)一步的判斷；用動壓系數(shù)KD(老頂周期來壓時(shí)工作阻力P基與非周期來壓期間工作阻力P平的比值)作為衡量來壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)；統(tǒng)計(jì)不同時(shí)期（周期來壓與非周期來壓）各種類型關(guān)系曲線所占的百分?jǐn)?shù)，分析頂板作用力的大小及支架對頂板的適應(yīng)性。

2.3軟件功能

根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路，綜采面液壓支架伺服系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件可分為5大功能模塊，即系統(tǒng)維護(hù)模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、綜合數(shù)據(jù)處理模塊、礦壓分析模塊和查看、幫助模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3系統(tǒng)總體功能模塊劃分

3工程實(shí)踐

工作面礦壓觀測方案：

凌志達(dá)煤礦15101工作面平均煤厚3.85m，煤層傾角平均1°～3°，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作面長度為175m，走向長度為2240m；在15101工作面共安裝8個(gè)山東優(yōu)洛卡YHY60（B）礦用本安型數(shù)字壓力計(jì)（原KBJ-60III-1礦用數(shù)字壓力計(jì)），依次安裝在10#、20#、30#、45#、60#、75#、85#、95#等8個(gè)支架上，用來監(jiān)測支架的左支柱壓力，該壓力傳感器每5分鐘自動記錄支架右支柱壓力，通過FCH32/0.2礦用本安型手持采集器（原KBJ-60III-2礦用壓力數(shù)據(jù)采集器）定時(shí)采集記錄數(shù)據(jù)，然后通過適配器將紅外無線通訊模式轉(zhuǎn)換為有線RS-232模式，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C計(jì)算機(jī)，利用煤礦綜采支架壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如下圖4、圖5所示。

圖4工作面支架測點(diǎn)布置

圖5綜采記錄儀監(jiān)測系統(tǒng)

對15101工作面液壓支架進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，直接導(dǎo)入到煤礦井下工作面礦壓三維成像軟件，軟件可自動進(jìn)行分析計(jì)算整理。如圖6所示，該軟件可通過顯示工作面支架工作阻力三維示意圖顯示工作面礦壓狀況，工作面各個(gè)位置來壓強(qiáng)度大小、來壓步距均能從圖中直觀反映；圖6(a)為1天(235m-243m)的礦壓顯現(xiàn)三維示意圖，圖6(a)為5天(320m-345m)的礦壓顯現(xiàn)三維示意圖，由圖6(b)可知，工作面在320m處整體來壓，并在439m處再次來壓，來壓步距19m，工作面中上部來壓強(qiáng)度較大。

(a) 1天

(b) 5天

圖6工作面支架阻力三維示意圖

4結(jié)論

將VC++6.0系列軟件和Surfer 8.0、SQL2000系列軟件進(jìn)行結(jié)合，開發(fā)了綜采液壓伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)的開發(fā)有效解決了井下綜采面記錄的礦壓數(shù)據(jù)存儲、調(diào)用，改變以往處理分析數(shù)據(jù)的繁瑣的難題，并可快速、直觀反映工作面的礦壓狀況。

【參考文獻(xiàn)】

［１］楊懷濤,趙道輝,黃國華,等.綜采工作面礦壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化,2013,117(6):47-48.

［２］郭浩森.特厚煤層綜放采場礦壓顯現(xiàn)特征及覆巖移動規(guī)律研究[D].河南理工大學(xué),2012.

［３］呂要增.關(guān)于采煤工作面礦壓監(jiān)測與數(shù)據(jù)信息融合技術(shù)應(yīng)用[J].2012,117(1):262-263.

［４］王國法.液壓支架技術(shù)體系研究與實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào),2010,35(11):1903-1908.

［５］郭浩森,李化敏,李東印,等.重型綜放工作面快速回撤與末采期頂板控制技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2012,40(10):34-36,40.

［６］陳歡歡,李星,丁文秀.Surfer 8.0等值線繪制中的十二種插值方法[J].工程地球物理學(xué)報(bào),2007,4(1):52-57.

［７］蘇岳龍,李貽斌,宋銳.基于VC++6.0的高速串口通信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].數(shù)采與監(jiān)測,2005,21(5):147-148.

［８］柏銀,李志蜀,朱興東.MD5算法及其在遠(yuǎn)程身份認(rèn)證中的應(yīng)用[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào),2006,43(2):306-309.

［責(zé)任編輯：湯靜］