本发明涉及煤矿充填开采，尤其涉及一种连采连充式采煤智能管控平台及方法。
背景技术：
1、在煤矿连续开采过程中，采场采空区充填技术的应用对于保障矿山安全和提高资源利用率至关重要。然而，传统的充填设计和监测方法存在着效率低、监测不及时等问题，导致难以准确预测井下围岩变形和地表损伤情况，从而影响采场的安全和稳定性。
2、当前，煤矿充填作业中存在着充填设计不精准、围岩变形监测不及时、地表损伤难以准确评估等问题。因此，急需一种智能管控平台来实现高效的充填设计和实时监测，以提前预警井下围岩变形和地表损伤情况，从而保障矿山安全和生态环境保护。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明实施例提供一种连采连充式采煤智能管控平台及方法，便于实现连采连充开采方式中高效的充填设计和井下围岩变形和井上地表损伤情况的监测预警。
2、第一方面，本发明实施例提供一种连采连充式采煤智能管控平台，包括：
3、充填设计单元，用于利用地质绘图与三维建模软件，基于“钻孔+剖面”混合建模法，构建充填开采三维地质模型，并通过机器学习算法基于历史连采连充工程实践数据库和当前采场地质勘探结果设计连采连充工作面关键技术参数；
4、井下充填采场围岩变形预警单元，用于在根据所述连采连充工作面关键技术参数进行工作面连采连充作业过程中，实时监测表征采场围岩变形情况的数据，并将采集到的所述采场围岩变形情况的数据发送至服务器；
5、井上地表变形与生态损伤预警单元，用于监测连采连充作业过程中采场地表变形和生态损伤数据情况，并将所述采场地表变形和生态损伤数据传输到所述服务器；
6、服务器，根据所述采场围岩变形情况的数据进行解析，进行井下充填采场围岩变形预警显示；以及，根据所述采场地表变形和生态损伤数据进行解析，进行井上地表变形与生态损伤预警显示。
7、可选地，所述连采连充工作面关键技术参数包括：工作面长度、支巷宽度、充填开采模式、充填体强度、支巷充实率、充填材料配比、支巷支护参数及回采巷道支护参数。
8、可选地，所述通过机器学习算法基于历史连采连充工程实践数据库和当前采场地质勘探结果设计连采连充工作面关键技术参数包括：采集至少10年的连采连充工程实践数据，包括：地质参数、工作面长度、支巷宽度、充填开采模式、充填体强度、支巷充实率、充填材料配比及支巷支护参数。
9、对所述工程实践数据进行清洗、处理和标记，以确保数据质量和一致性；
10、以及，对收集到的工程实践数据进行特征提取，将地质参数、工作面长度、支巷宽度、充填开采模式、充填体强度、支巷充实率、充填材料配比及支巷支护参数转化为可供机器学习算法处理的特征数据；
11、选择决策树作为适合连采连充开采模型的机器学习算法。
12、将特征数据分为训练集和测试集，用训练集训练机器学习模型；
13、在训练过程中，通过反向传播算法优化模型参数，使模型能够准确预测关键技术参数；
14、使用测试集评估模型性能，所述模型性能指标包括：均方误差和准确率；
15、根据评估结果对模型进行调优，避免过拟合或欠拟合；
16、将训练好的机器学习模型应用于实际连采连充工作面的关键技术参数智能设计；
17、接收输入的当前采场地质勘探结果得到的地质参数，输出对应的连采连充工作面关键技术参数，包括：工作面长度、支巷宽度、充填开采模式、充填体强度、支巷充实率、充填材料配比、支巷支护参数及回采巷道支护参数。
18、可选地，所述井下充填采场围岩变形预警单元包括：压力传感器、三维激光扫描仪、矿用光纤光缆解调仪及矿用交换机；
19、所述压力传感器，布置于工作面，用于实时监测井下支架支承压力、锚杆/锚索压力、主巷和支巷顶板压力数据并发送；
20、三维激光扫描仪，用于对采场工作面、顶底板间距和充填体进行三维扫描，得到采场工作面、顶底板间距和充填体的三维点云数据并发送；
21、所述矿用光纤光缆解调仪一端与所述压力传感器电性连接，另一端与所述矿用交换机电性连接，用于配合将所述压力传感器监测得到的井下支架支承压力、锚杆/锚索压力、主巷和支巷顶板压力数据传输至井上设置的服务器；
22、所述三维扫描激光仪的发送端电性连接于矿用交换机，用于配合将扫描得到的三维点云数据传输至井上服务器。
23、可选地，所述服务器，具体用于通过图像处理技术，从三维激光扫描仪扫描得到的三维点云数据中提取顶板、巷道内壁、底板、工作面及充填体的特征点集；
24、利用边缘检测算法识别顶板与巷道内壁之间的边缘；
25、基于扫描仪获取的点云的三维坐标数据，测量顶板与墙壁之间的距离，以基于所述距离评估顶板离层程度；
26、以及，通过特征点匹配算法，识别顶底板在不同时间点扫描的三维点云数据中的位置变化；
27、根据特征点的位移量，计算顶底板之间的移近量，以评估顶、底板移近状态；其中，所述特征点为位于顶板和底板的边缘或角上的点；
28、以及，利用形态学操作，识别充填体的结构特征；
29、通过纹理特征提取和分析，判断充填体表面的不规则性或破损情况。
30、比较不同时间点的扫描数据，检测充填体表面的变化信息，所述变化信息包括：位移和裂缝；
31、根据所述充填体表面的变化信息确定充填体的失稳状态。
32、可选地，所述井上地表变形与生态损伤预警单元，包括：通讯服务器和与所述通讯服务器分别电性连接的全站仪、地表基站、gps和无人机，用于从空间上对地表变形进行多源监测，并把监测数据通过通讯服务器提供的网络传输到服务器上。
33、可选地，所述井上地表变形与生态损伤预警单元，还包括：扫描仪和水准仪，分别与服务器连接，其中，扫描仪用于定期扫描地表，并通过比较不同时间点的三维数据，检测和量化地表的微小变形，所述微小变形包括：下沉、水平移动、倾斜、曲率和水平变形等；
34、所述水准仪用于监测地表的垂直位移。
35、可选地，所述系统还包括：连采连充效果评价单元，用于基于井下和井上监测数据结果，评估连采连充效果的优劣，并将评价结果反馈给智能充填设计单元，以使智能充填设计单元根据评估结果进行充填方案的优化。
36、第二方面，本发明还实施例提供.一种连采连充管控方法，其特征在于，包括步骤：
37、利用地质绘图与三维建模软件，基于“钻孔+剖面”混合建模法，构建充填开采三维地质模型，并通过机器学习算法基于历史连采连充工程实践数据库和当前采场地质勘探结果设计连采连充工作面关键技术参数；
38、在根据所述连采连充工作面关键技术参数进行工作面连采连充作业过程中，实时监测表征采场围岩变形情况的数据，并将采集到的所述采场围岩变形情况的数据发送至服务器；
39、以及，监测连采连充作业过程中采场地表变形和生态损伤数据情况，并将所述采场地表变形和生态损伤数据传输到所述服务器；
40、根据所述采场围岩变形情况的数据进行解析，进行井下充填采场围岩变形预警显示；以及，根据所述采场地表变形和生态损伤数据进行解析，进行井上地表变形与生态损伤预警显示。
41、可选地，在根据所述采场围岩变形情况的数据进行解析，进行井下充填采场围岩变形预警显示；以及，根据所述采场地表变形和生态损伤数据进行解析，进行井上地表变形与生态损伤预警显示之后，所述方法还包括：基于井下和井上监测数据结果，评估连采连充效果的优劣，并根据评估结果进行采空区充填方案的优化。
42、本发明实施例提供连采连充式采煤智能管控平台及方法，包括：充填设计单元、井下充填采场围岩变形预警单元、井上地表变形与生态损伤预警单元及服务，通过充填设计单元，利用地质绘图与三维建模软件，基于“钻孔+剖面”法构建充填开采三维地质模型，并通过机器学习算法结合历史连采连充工程实践数据库和当前采场地质勘探结果，设计连采连充工作面关键技术参数，这样，可以实现高效的充填设计，提高充填施工的效率和质量。进而通过井下充填采场围岩变形预警单元，可以帮助实时监测采场围岩的变形情况，提前发现围岩变形趋势，预警可能的围岩失稳问题，从而保障工作面的安全和稳定。并通过井上地表变形与生态损伤预警单元与服务器配合，可以及时监测发现地表变形和生态损伤情况，提前采取措施，保护生态环境并减少地表损伤。
43、综上，通过充填设计单元、井下充填采场围岩变形预警单元和井上地表变形与生态损伤预警单元的协同工作，该连采连充式采煤智能管控平台便于实现连采连充开采方式中高效的充填设计和井下围岩变形以及井上地表损伤情况的监测预警。
1.一种连采连充式采煤智能管控平台，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的连采连充式采煤智能管控平台，其特征在于，所述连采连充工作面关键技术参数包括：工作面长度、支巷宽度、充填开采模式、充填体强度、支巷充实率、充填材料配比、支巷支护参数及回采巷道支护参数。
3.根据权利要求1所述的连采连充式采煤智能管控平台，其特征在于，所述通过机器学习算法基于历史连采连充工程实践数据库和当前采场地质勘探结果设计连采连充工作面关键技术参数包括：采集至少10年的连采连充工程实践数据，包括：地质参数、工作面长度、支巷宽度、充填开采模式、充填体强度、支巷充实率、充填材料配比及支巷支护参数；
4.根据权利要求1所述的连采连充式采煤智能管控平台，其特征在于，所述井下充填采场围岩变形预警单元包括：压力传感器、三维激光扫描仪、矿用光纤光缆解调仪及矿用交换机；
5.根据权利要求4所述的连采连充式采煤智能管控平台，其特征在于，所述服务器，具体用于通过图像处理技术，从三维激光扫描仪扫描得到的三维点云数据中提取顶板、巷道内壁、底板、工作面及充填体的特征点集；
6.根据权利要求1所述的连采连充式采煤智能管控平台，其特征在于，所述井上地表变形与生态损伤预警单元，包括：通讯服务器和与所述通讯服务器分别电性连接的全站仪、地表基站、gps和无人机，用于从空间上对地表变形进行多源监测，并把监测数据通过通讯服务器提供的网络传输到服务器上。
7.根据权利要求6所述的连采连充式采煤智能管控平台，其特征在于，所述井上地表变形与生态损伤预警单元，还包括：扫描仪和水准仪，分别与服务器连接，其中，扫描仪用于定期扫描地表，并通过比较不同时间点的三维数据，检测和量化地表的微小变形，所述微小变形包括：下沉、水平移动、倾斜、曲率和水平变形；
8.根据权利要求1所述的连采连充式采煤智能管控平台，其特征在于，所述系统还包括：连采连充效果评价单元，用于基于井下和井上监测数据结果，评估连采连充效果的优劣，并将评价结果反馈给智能充填设计单元，以使智能充填设计单元根据评估结果进行充填方案的优化。
9.一种连采连充管控方法，其特征在于，包括步骤：
10.根据权利要9所述的方法，其特征在于，在根据所述采场围岩变形情况的数据进行解析，进行井下充填采场围岩变形预警显示；以及，根据所述采场地表变形和生态损伤数据进行解析，进行井上地表变形与生态损伤预警显示之后，所述方法还包括：基于井下和井上监测数据结果，评估连采连充效果的优劣，并根据评估结果进行采空区充填方案的优化。
