时间窗设置对综采工作面矿压预测精度的影响研究

2021-04-13

当代化工研究 2021年6期

（山西汾西矿业集团基建处山西 032000）

通过对综采工作面矿压显现情况分析、预测，可以及时排除安全隐患，确保煤矿安全生产的效率。经对综采工作面矿压显现观测预测发现，我国该项工作为初始阶段，经LSTM深度学习网络对综采工作面矿压预测，对LSTM网络性能加以深入分析，可合理使用坐标延迟发构造网络输入数据集、输出数据，然后对时间窗设置对于综采工作面矿压预测精度构成的影响，以此寻求最佳历史数据、网络预测长度，通过相应的综采工作面矿压防治对策完善工作，进而确保综采工作面矿压预测结果的可信度、提高综采工作面作业效率[1]。

1.时间窗设置对综采工作面矿压预测精度影响分析

通过对时间窗设置，对综采工作面矿压预测精度的影响情况分析发现，会对LSTM预测模型样本集构造、预测精度历史数据长度，以及允许误差范围预测数据长度、最佳时间窗大采高工作面矿压预测等方面构成影响。

(1)对LSTM预测模型样本集构造方面构成的影响

数据预处理，作为LSTM预测模型的主要部分，通过标准差标准化方式对数据标准化情况预测，序列α为α1～αn，通过标准差标准化处理后结果为αi。构造数据集指的是重构原始时间序列数，确保特征向量、可直接反映出相空间状态，这时应使用坐标延迟法构建时间序列相空间。通过不同的预测方法对时间序列进行预测，如果时间序列为α1～αn、历史数据长度以m表示，窗口移动步长为s，这时预测数据的长度可通过f代表。第t个输入样本为α1，重构时间序列相空间表达方式为αt-1+s、αt+s+m、αt-2+s+m+f=α1，第t各输出样本t1、重构时间序列相空间表达形式发生转变，能够构造s=1时输入、输出训练集及测试集。

(2)对最佳历史数据长度确定方面构成的影响

因为坐标延迟法原理、LSTM原理所影响，历史数据长度m会对模型预测结果的精度造成直接的影响，选择最佳历史数据长度，在确保模型预测精度方面的优势突出[2]。针对于此，建议选择最佳历史数据长度，并对数个样本进行测试，以此形成测试集选出最佳的预测数据长度。预测数据长度为f=1时，训练数量占比、训练集数量占比，以及训练集样本数量分别为：train-p=0.7、test-p=0.3、train-n=train-p*（N-w-f+1）、test-n=test-p*（N-w-f+1）。此时设置窗口移动步长为s=1，预测数据长度为f=1，历史数据长度发生改变，显示为（w1，2w，…，N-2f）=w。结合各个历史数据长度w发现，loss更小、模型精度则会更小，loss最小历史数据长度显示为最佳历史数据长度w0，搜索最佳历史数据长度实行预测。输入综采工作面矿压数据，输出最佳历史数据长度，首先要求输入的为矿压数据（α1，α2，…，αn）=α；然后进行标准化方法标注化α；改变历史数据长度w后确定预测数据长度f=1，结合历史数据长度、预测数据长度，使用坐标延迟方法构建时间序列相空间。构造输入和输出数据集；其次训练LSTM网络，及时将测试集输入到完成训练网络中进行预测，准确计算loss。

(3)对精度允许范围内最长预测长度方面构成的影响

选择历史长度数据w0，需要注意的是模型预测数据长度比较有限，所以应该对模型可预测数据长度加以研究，训练集数量占比为train-p=0.7、test-p=0.3，其中训练集样本数量、测试集样本数量分别采用train-n表示、test-n表示。测试集误差计算函数以loss的形式展示，历史数据长度w=w0，创口移动步长、预测数据长度及改变预测数据长度分别通过s=1、f=1、f=1，2，…，15进行表达。各预测数据长度f、loss更小模型预测精度则会呈相反的状态改变，如此能够有效确定数据的长度[3]。模型预测数据长度的范围比较有限，因而通过对LETM模型可预测数据长度分析确定。

(4)对最佳时间窗矿压预测方面构成的影响

通过结合重构造训练集、测试集训练预测模型的方式对矿压数据值预测，以便保证模型预测误差MSE的准确性。使用最佳时间窗矿压预测方法处理，输入大采高工作面矿压数据、最佳历史数据长度，确定预测数据的长度f=（1，2，…，m）。输出大采高工作面矿压预测值，输入矿压数据、最佳历史数据场地，对数据长度进行预测处理，这时可使用标准化方法标准化α，考虑到历史数据长度、预测数据长度，通过坐标延迟方法重构时间序列相空间，构造输入及输出数据集合，在此之后设置训练集样本数量和测试集样本数量，对LSTM网络加以训练，合理计算预测误差MSE、确定输出预测结合[4]。

2.综采工作面矿压防治对策刍议

图1 综采工作面矿压预测观测

其一，因管路损失和流速、管长因素有关，和管径无直接联系，泵站型号确定后流速和管径确定，这时可从管长出发液压泵站距离工作面45m左右为最佳，工作面推进速度非常快，如此会延长生产时间，建议将泵置于轨道以便于及时作以相应的调整工作，防止对运输线路、行人构成不利的影响。除此之外，应该对注液枪支管、供液干管加以完善，因支管、干管设计会对主管分液体构成一定阻滞，主要表现在不能使分液体进到支管方面，因此需降低泵站、工作面距离，以此提高泵站的压力。

其二，巷道为梯形结构，工作人员注液的时候如果没有做好控制角度工作，发生支柱倾斜、无法提高初撑力的概率则会加大，要求定期组织工作人员接受相关培训学习，了解支柱、和支撑力较低情况下构成的不良影响，从而使工作人员的操作更加规范[5-6]。

其三，工作面底板软底、底板留浮煤，支柱插底特别为上端头、下端头问题比较显著，因而建议在打支柱前及时将浮煤清除，在此之后进行打支柱作业，在上下顺槽应用注液枪的时候，提前明确使用的顺序、避免发生多枪在相同时间应用的问题。

其四，工作面断层、局部顶板破碎带条件下，应在这一地段提前做好相关准备工作，如果存在支架瞬间负荷过大问题，可通过提高液压支架初撑力的方式处理，如此能加强乳化泵压力并防止支架发生泄漏的现象，按要求规范操作支架。升柱后禁止在第一时间将升柱手柄归零，建议在接近额定初撑力后归零，工作面和周期来压强度接近后调整安全阀参数。

其五，工作面破碎易冒直接顶板的时候通过超前移架的方式，确保支架顶梁前梁顶住煤，这时在割煤时割底煤，支架顶梁养护若是存在粘顶煤，移架的过程中可应用支架前梁处理，借助快速带压移架的作用有效防范破碎顶板垮落情况的发生。挑顺山梁阶段先使用采煤机割煤，充分显露出顶板、支架卸载前移期间发生冒落的现象，需使用挑顺山梁方法进行有效处理。

其六，为加速工作面进程、降低顶板破碎发生率，应该明确综采工作面推进速度直接关系到顶板破碎程度，表示推进速度更快、煤壁暴露时间更短，这时片帮的深度则会比较小，顶板发生破损情况的概率就会更低[7]。破碎顶板状态下，操作液压支架擦顶带压移架、降柱、升柱符合，禁止使用其他用液，从而防止对拉架力、拉架的速度构成不利的影响。