基于滑窗与灰色马尔可夫链的采煤机调高轨迹预测方法

摘要

本发明公开了一种基于滑窗与灰色马尔可夫链的采煤机调高轨迹预测方法，包括步骤：一、滑窗窗口宽度设定，对滑窗的窗口宽度进行设定；二、煤层初步开采及滚筒截割姿态数据记录；三、煤层后续开采及调高轨迹预测：采用采煤机且沿工作面推进方向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，均先对该工作面的采煤机调高轨迹进行预测；对任一个工作面的采煤机调高轨迹进行预测时，过程如下：301、滑窗内数据序列获取；302、滚筒高度初步预测；303、滚筒高度初步预测结果修正；304、调高轨迹获取。本发明方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，基于滑窗与灰色马尔可夫链进行调高轨迹预测，预测精度高。

主权项

一种基于滑窗与灰色马尔可夫链的采煤机调高轨迹预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、滑窗窗口宽度设定：通过与数据处理设备(2)连接的参数输入单元，对滑窗的窗口宽度n进行设定；其中，n表示所述滑窗内所包括采煤机调高数据组的数量，n为正整数且n＝6～8；每个所述采煤机调高数据组均为采用采煤机(1)对待开采煤层的一个工作面进行开采过程中的采煤机调高数据组，每个所述采煤机调高数据组均包括对所述待开采煤层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(1)的截割滚筒(1‑1)的三维坐标数据，所述截割滚筒(1‑1)的三维坐标数据中Z轴坐标数据为滚筒高度数据；步骤二、煤层初步开采及滚筒截割姿态数据记录：采用采煤机(1)且沿工作面推进方向由后向前对所述待开采煤层进行开采，并完成所述待开采煤层的前n个工作面的开采过程；采用采煤机(1)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(2)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所述采煤机调高数据组，并采用数据处理设备(2)将该工作面开采过程中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所述待开采煤层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；步骤三、煤层后续开采及调高轨迹预测：采用采煤机(1)且沿工作面推进方向由后向前对所述待开采煤层继续进行开采；每一个所述工作面开采之前，均先对该工作面的采煤机调高轨迹进行预测，过程如下：步骤301、滑窗内数据序列获取：采用数据处理设备(2)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滑窗内数据序列，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；所述滑窗内数据序列中的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；所述滑窗内数据序列记作X⁽⁰⁾；X⁽⁰⁾＝(x⁽⁰⁾(1),x⁽⁰⁾(2),x⁽⁰⁾(3),...,x⁽⁰⁾(n))，其中x⁽⁰⁾(k)为所述滑窗内数据序列中的第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(2)且调用灰色预测模型构建模块，对步骤301中所获取的所述滑窗内数据序列进行处理，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(2)处理得出所述待开采煤层的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滑窗内预测数据序列，所述滑窗内预测数据序列中的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；所述滑窗内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(1)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(2)且调用差值运算模块，对步骤301中所述滑窗内数据序列与步骤302中所述滑窗内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(2)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(2)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(1‑1)的平面位置信息，采用数据处理设备(2)得出当前工作面开采过程中的所述采煤机调高数据组，所得出的所述采煤机调高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(2)根据步骤3034中得出的当前工作面开采过程中的所述采煤机调高数据组，获得当前工作面的采煤机调高轨迹；步骤三中采用采煤机(1)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(2)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所述采煤机调高数据组，并采用数据处理设备(2)将该工作面开采过程中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。