時間窗設置對綜采工作面礦壓預測精度的影響研究

（山西汾西礦業集團基建處 山西 032000）

通過對綜采工作面礦壓顯現情況分析、預測，可以及時排除安全隱患，確保煤礦安全生產的效率。經對綜采工作面礦壓顯現觀測預測發現，我國該項工作為初始階段，經LSTM深度學習網絡對綜采工作面礦壓預測，對LSTM網絡性能加以深入分析，可合理使用坐標延遲發構造網絡輸入數據集、輸出數據，然后對時間窗設置對于綜采工作面礦壓預測精度構成的影響，以此尋求最佳歷史數據、網絡預測長度，通過相應的綜采工作面礦壓防治對策完善工作，進而確保綜采工作面礦壓預測結果的可信度、提高綜采工作面作業效率[1]。

1.時間窗設置對綜采工作面礦壓預測精度影響分析

通過對時間窗設置，對綜采工作面礦壓預測精度的影響情況分析發現，會對LSTM預測模型樣本集構造、預測精度歷史數據長度，以及允許誤差范圍預測數據長度、最佳時間窗大采高工作面礦壓預測等方面構成影響。

(1)對LSTM預測模型樣本集構造方面構成的影響

數據預處理，作為LSTM預測模型的主要部分，通過標準差標準化方式對數據標準化情況預測，序列α為α1～αn，通過標準差標準化處理后結果為αi。構造數據集指的是重構原始時間序列數，確保特征向量、可直接反映出相空間狀態，這時應使用坐標延遲法構建時間序列相空間。通過不同的預測方法對時間序列進行預測，如果時間序列為α1～αn、歷史數據長度以m表示，窗口移動步長為s，這時預測數據的長度可通過f代表。第t個輸入樣本為α1，重構時間序列相空間表達方式為αt-1+s、αt+s+m、αt-2+s+m+f=α1，第t各輸出樣本t1、重構時間序列相空間表達形式發生轉變，能夠構造s=1時輸入、輸出訓練集及測試集。

(2)對最佳歷史數據長度確定方面構成的影響

因為坐標延遲法原理、LSTM原理所影響，歷史數據長度m會對模型預測結果的精度造成直接的影響，選擇最佳歷史數據長度，在確保模型預測精度方面的優勢突出[2]。針對于此，建議選擇最佳歷史數據長度，并對數個樣本進行測試，以此形成測試集選出最佳的預測數據長度。預測數據長度為f=1時，訓練數量占比、訓練集數量占比，以及訓練集樣本數量分別為：train-p=0.7、test-p=0.3、train-n=train-p*（N-w-f+1）、test-n=test-p*（N-w-f+1）。此時設置窗口移動步長為s=1，預測數據長度為f=1，歷史數據長度發生改變，顯示為（w1，2w，…，N-2f）=w。結合各個歷史數據長度w發現，loss更小、模型精度則會更小，loss最小歷史數據長度顯示為最佳歷史數據長度w0，搜索最佳歷史數據長度實行預測。輸入綜采工作面礦壓數據，輸出最佳歷史數據長度，首先要求輸入的為礦壓數據（α1，α2，…，αn）=α；然后進行標準化方法標注化α；改變歷史數據長度w后確定預測數據長度f=1，結合歷史數據長度、預測數據長度，使用坐標延遲方法構建時間序列相空間。構造輸入和輸出數據集；其次訓練LSTM網絡，及時將測試集輸入到完成訓練網絡中進行預測，準確計算loss。

(3)對精度允許范圍內最長預測長度方面構成的影響

選擇歷史長度數據w0，需要注意的是模型預測數據長度比較有限，所以應該對模型可預測數據長度加以研究，訓練集數量占比為train-p=0.7、test-p=0.3，其中訓練集樣本數量、測試集樣本數量分別采用train-n表示、test-n表示。測試集誤差計算函數以loss的形式展示，歷史數據長度w=w0，創口移動步長、預測數據長度及改變預測數據長度分別通過s=1、f=1、f=1，2，…，15進行表達。各預測數據長度f、loss更小模型預測精度則會呈相反的狀態改變，如此能夠有效確定數據的長度[3]。模型預測數據長度的范圍比較有限，因而通過對LETM模型可預測數據長度分析確定。

(4)對最佳時間窗礦壓預測方面構成的影響

通過結合重構造訓練集、測試集訓練預測模型的方式對礦壓數據值預測，以便保證模型預測誤差MSE的準確性。使用最佳時間窗礦壓預測方法處理，輸入大采高工作面礦壓數據、最佳歷史數據長度，確定預測數據的長度f=（1，2，…，m）。輸出大采高工作面礦壓預測值，輸入礦壓數據、最佳歷史數據場地，對數據長度進行預測處理，這時可使用標準化方法標準化α，考慮到歷史數據長度、預測數據長度，通過坐標延遲方法重構時間序列相空間，構造輸入及輸出數據集合，在此之后設置訓練集樣本數量和測試集樣本數量，對LSTM網絡加以訓練，合理計算預測誤差MSE、確定輸出預測結合[4]。

2.綜采工作面礦壓防治對策芻議

圖1 綜采工作面礦壓預測觀測

其一，因管路損失和流速、管長因素有關，和管徑無直接聯系，泵站型號確定后流速和管徑確定，這時可從管長出發液壓泵站距離工作面45m左右為最佳，工作面推進速度非常快，如此會延長生產時間，建議將泵置于軌道以便于及時作以相應的調整工作，防止對運輸線路、行人構成不利的影響。除此之外，應該對注液槍支管、供液干管加以完善，因支管、干管設計會對主管分液體構成一定阻滯，主要表現在不能使分液體進到支管方面，因此需降低泵站、工作面距離，以此提高泵站的壓力。

其二，巷道為梯形結構，工作人員注液的時候如果沒有做好控制角度工作，發生支柱傾斜、無法提高初撐力的概率則會加大，要求定期組織工作人員接受相關培訓學習，了解支柱、和支撐力較低情況下構成的不良影響，從而使工作人員的操作更加規范[5-6]。

其三，工作面底板軟底、底板留浮煤，支柱插底特別為上端頭、下端頭問題比較顯著，因而建議在打支柱前及時將浮煤清除，在此之后進行打支柱作業，在上下順槽應用注液槍的時候，提前明確使用的順序、避免發生多槍在相同時間應用的問題。

其四，工作面斷層、局部頂板破碎帶條件下，應在這一地段提前做好相關準備工作，如果存在支架瞬間負荷過大問題，可通過提高液壓支架初撐力的方式處理，如此能加強乳化泵壓力并防止支架發生泄漏的現象，按要求規范操作支架。升柱后禁止在第一時間將升柱手柄歸零，建議在接近額定初撐力后歸零，工作面和周期來壓強度接近后調整安全閥參數。

其五，工作面破碎易冒直接頂板的時候通過超前移架的方式，確保支架頂梁前梁頂住煤，這時在割煤時割底煤，支架頂梁養護若是存在粘頂煤，移架的過程中可應用支架前梁處理，借助快速帶壓移架的作用有效防范破碎頂板垮落情況的發生。挑順山梁階段先使用采煤機割煤，充分顯露出頂板、支架卸載前移期間發生冒落的現象，需使用挑順山梁方法進行有效處理。

其六，為加速工作面進程、降低頂板破碎發生率，應該明確綜采工作面推進速度直接關系到頂板破碎程度，表示推進速度更快、煤壁暴露時間更短，這時片幫的深度則會比較小，頂板發生破損情況的概率就會更低[7]。破碎頂板狀態下，操作液壓支架擦頂帶壓移架、降柱、升柱符合，禁止使用其他用液，從而防止對拉架力、拉架的速度構成不利的影響。

圖2 綜采工作面礦壓預測觀測

3.結語

綜采工作面礦壓預測，需合理設置時間窗，然后對礦壓預測精度構成影響加以分析，旨在不斷完善時間窗設置，確保綜采工作面礦壓預測結果的準確性。除此之外，應該及時采取對應措施處理綜采工作面礦壓中存在問題。