綜采工作面礦壓三維成像軟件的開發和利用

張申

【摘要】為解決以往綜采工作面礦壓數據存儲、調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系列軟件進行結合，形成了綜采工作面液壓支架伺服系統監測數據處理軟件，該軟件可將KBJ礦用數字壓力計采集的工作面礦壓數據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時狀況；實踐應用與凌志達煤礦15101工作面，應用效果良好。

【關鍵詞】綜采工作面；支架阻力；三維成像；伺服系統

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測數據進行及時分析處理，能夠為綜采面支架選型、支護參數和回采工藝優化提供參考[1-3]。但是從目前井下工作面礦山壓力監測數據的應用現狀來看，還不能夠做到及時全面的處理分析井下觀測到的大量礦壓數據，這是制約研究人員對綜采面礦壓規律進行實時掌握的關鍵所在，若能解決這個問題，將會極大地縮短研究人員分析掌握井下礦壓規律的時間，進而能夠更好的及時指導生產[4-5]。

開發綜采面液壓支架伺服系統監測數據處理軟件的主要目的是實現綜采面液壓支架原始數記錄數據處理的自動化，并運用科學、合理的方法手段對處理后的數據進行快速的分析、總結、研究，從而幫助技術人員及時掌握綜采面礦壓規律。

1軟件介紹

本軟件系統結合美國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數據庫等軟件進行的系統開發。通過數據庫平臺SQL Server2000對采集到的數據進行存儲[8]，通過高級編程語言VC自主研發了綜采面液壓支架伺服系統監測數據處理軟件，并以凌志達礦15101綜采工作面為例建立數據資料庫，實現多種信息的綜合管理，借助強大的數據庫軟件對整個綜采面的液壓支架伺服系統采集的大量數據進行分析，幫助礦方實現綜采面頂板壓力的長期全面監測和三維成像。

2軟件開發

運用Microsoft Visual C++ 6.0開發系統的主界面、煤礦頂板壓力三維成像系統和二維成像子界面等。運用SQL2000建立數據庫，對井下記錄數據進行處理保存。運用Visual C++6.0編寫所建模塊核心代碼，通過對SQL2000、Surfer 8.0進行調用，實現軟件各項功能，軟件主界面與系統設置界面如圖1、圖2所示。

圖1軟件主界面

圖2系統設置界面

2.1繪圖流程

打開綜采面液壓支架伺服系統監測數據處理軟件，在數據管理下拉菜單里面導入井下工作面液壓支架記錄的.out原始數據文件，用戶設定所需分析的時間段或距離段數據，然后調用SQL2000數據庫創建數據庫，并在數據庫中寫入相應的數據，以一定的格式儲存在指定文件夾。數據庫按照設定好的程序自動將原始數據分類處理為XY.xls和XYZ.xls兩類形式進行存儲，其中XY.xls數據又可分為兩類，一類是同一時刻所有支架的阻力值，另一類是同一支架不同時刻的阻力值；XYZ.xls數據是不同支架在不同時刻所對應的的阻力值。Surfer軟件調用不同類型數據，對.xls數據文件進行網格化，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阻力呈現為相應的二維、三維的圖形，用戶在相應的頁面進行查看修改。根據圖形結果，在綜合報表菜單中輸入相關參數，可得到工作面周期來壓步距、液壓支架平均工作阻力、動載系數等參數。

2.2理論基礎

研究綜采面礦山壓力規律，需要對井下記錄的原始礦壓數據進行再計算處理，得到研究礦壓規律所需的各項參數，主要有支架支撐力、末阻力、來壓步距、動載系數等，具體計算公式如下：

（１）支架整架支撐力P0由下式計算：

P0=■，kN

式中：Q0i——支架初撐時立柱油缸高壓側的壓力，MPa；

D——立柱油缸內徑，cm；

Z——支架立柱數目。

（2）支架末阻力統計與分析

循環末阻力Pm系指循環末移架前的工作阻力正常情況下，循環末阻力為循環內最大工作阻力，支架循環末阻力由下式計算：

Pm=■，kN

式中：Qmi——循環末立柱油缸高壓側的壓力，MPa；

（3）支架加權工作阻力統計與分析

由于支架工作阻力隨時間而不斷變化，所以循環末阻力還不足以反映支架的全部受力情況，時間加權平均阻力Pt(指一個采煤循環內以時間為加權計算的平均工作阻力)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的持續時間，min；

P0，P1，P2—立柱不同時刻的工作阻力，kN。

（4）頂板來壓步距與強度統計與分析

利用頂底板移近量及支柱(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律對L0、LE做進一步的判斷；用動壓系數KD(老頂周期來壓時工作阻力P基與非周期來壓期間工作阻力P平的比值)作為衡量來壓強度的標準；統計不同時期（周期來壓與非周期來壓）各種類型關系曲線所占的百分數，分析頂板作用力的大小及支架對頂板的適應性。

2.3軟件功能

根據系統總體設計思路，綜采面液壓支架伺服系統監測數據處理軟件可分為5大功能模塊，即系統維護模塊、數據管理模塊、綜合數據處理模塊、礦壓分析模塊和查看、幫助模塊，具體結構如圖3所示：

圖3系統總體功能模塊劃分

3工程實踐

工作面礦壓觀測方案：

凌志達煤礦15101工作面平均煤厚3.85m，煤層傾角平均1°～3°，煤層賦存穩定，結構簡單，工作面長度為175m，走向長度為2240m；在15101工作面共安裝8個山東優洛卡YHY60（B）礦用本安型數字壓力計（原KBJ-60III-1礦用數字壓力計），依次安裝在10#、20#、30#、45#、60#、75#、85#、95#等8個支架上，用來監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礦用壓力數據采集器）定時采集記錄數據，然后通過適配器將紅外無線通訊模式轉換為有線RS-232模式，并將數據傳輸到PC計算機，利用煤礦綜采支架壓力監測數據管理系統進行數據分析，如下圖4、圖5所示。

圖4工作面支架測點布置

圖5綜采記錄儀監測系統

對15101工作面液壓支架進行數據采集，直接導入到煤礦井下工作面礦壓三維成像軟件，軟件可自動進行分析計算整理。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，工作面各個位置來壓強度大小、來壓步距均能從圖中直觀反映；圖6(a)為1天(235m-243m)的礦壓顯現三維示意圖，圖6(a)為5天(320m-345m)的礦壓顯現三維示意圖，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結論

將VC++6.0系列軟件和Surfer 8.0、SQL2000系列軟件進行結合，開發了綜采液壓伺服系統，該系統的開發有效解決了井下綜采面記錄的礦壓數據存儲、調用，改變以往處理分析數據的繁瑣的難題，并可快速、直觀反映工作面的礦壓狀況。

【參考文獻】

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

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［３］呂要增.關于采煤工作面礦壓監測與數據信息融合技術應用[J].2012,117(1):262-263.

［４］王國法.液壓支架技術體系研究與實踐[J].煤炭學報,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[J].煤炭科學技術,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].工程地球物理學報,2007,4(1):52-57.

［７］蘇岳龍,李貽斌,宋銳.基于VC++6.0的高速串口通信數據采集系統[J].數采與監測,2005,21(5):147-148.

［８］柏銀,李志蜀,朱興東.MD5算法及其在遠程身份認證中的應用[J].四川大學學報,2006,43(2):306-309.

［責任編輯：湯靜］