第七章__矿压观测数据的分析与处理

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1、第七章第七章 矿压观测数据的分析与处理矿压观测数据的分析与处理第一节第一节 概述概述矿压观测资料的分析整理与总结十分重要。矿压观测资料的分析整理与总结十分重要。其资料分析结果对其 它工作面、水平煤层开采具有工程类比的作用。如果不认真整理、分析、总结观测资料，那么矿压观测工作也只 是一种形式。相同的矿压观测手段、数据和基本资料，不同的人总结出来资料 的质量及实用性不同。 第一节第一节 概述概述 矿压观测工作矿压观测工作分为：一般性常规矿压观测工作和带有科学研究性的专题性 矿压观测工作。 矿压观测数据的分析与处理矿压观测数据的分析与处理：包括对矿压观测数据可靠程度的判定、观测 数据的计算，制表、作

2、图、分析及经验公式的确定等内容。 误差误差：观测数据与真实的矿压显现情况之间存在差异，这种差异就称为误观测数据与真实的矿压显现情况之间存在差异，这种差异就称为误 差。误差就是测量值与真实值的差值。差。误差就是测量值与真实值的差值。 第一节第一节 概述概述误差的原因：误差的原因：矿压观测仪器灵敏度不高，观测方法不够完善，井下观测环 境比较恶劣，生产和地质条件多变的影响以及观测人员技术水平的差异等。可以逐步减小数据误差，但不能消除误差。要研究判定矿压观测数据的可靠程度，则必须研究有关误差的一些基本理 论。 第一节第一节 概述概述随机试验随机试验：每次观测时，并不知道所要观测量的大小，但它的范围可以

3、确定，这 种观测工作在数学上称为随机试验。随机事件：试验中，对一次试验随机事件：试验中，对一次试验( (观测观测) )可能出现也可能不出现，而在大量重复可能出现也可能不出现，而在大量重复 试验试验( (观测观测) )中却具有某种规律性的事情中却具有某种规律性的事情( (观测结果观测结果) )，称为随机试验，称为随机试验( (观测观测) )的随的随 机事件，机事件，简称事件。即矿压观测数据具有明显的随机性。随机因素：随机因素：一些未加控制的因素未加控制的因素对观测结果的影响是随机的，或大或小，或正 或负，具有一定偶然性，将这些因素通称为随机因素。 第一节第一节 概述概述随机变量：随机变量：随机事

4、件是在随机因素作用下发生的事件，它的取值称为随机变量。 矿压观测就是一种随机试验，观测结果称为随机事件，观测的矿压显现量是随矿压观测就是一种随机试验，观测结果称为随机事件，观测的矿压显现量是随机变量。机变量。随机变量的值是受随机因素影响的，随机因素对观测数据的影响虽然具有一定 的偶然性，但大量的观测数据却表现出某种规律性。但大量的观测数据却表现出某种规律性。研究这些规律性，必须用概率论与数理统计的基本理论和方法研究这些规律性，必须用概率论与数理统计的基本理论和方法，为此介绍与矿 压观测数据处理和分析有关的概率论和数据统计方法。 第二节第二节 观测数据的误差分析观测数据的误差分析 一、误差的分类

5、一、误差的分类 ( (一一) )按照误差的来源分按照误差的来源分1 1、设备误差、设备误差(1)(1)设备误差按其来源分为：设备误差按其来源分为：标准器误差：提供标准量值的器具称为标准器，来自标准器的误差称为标准 器误差；仪表误差：由仪表本身引起的误差称为仪表误差；附件误差：为方便测量所使用的各种辅助物均属测量附件，由这些辅件所引 起的误差称为附件误差；(2)设备误差按其表现形式分为：机构误差：由于制造工艺及组装技术所引起的。调整误差：仪表、量具等没有调到理论状态引起的误差；量值误差：测量值不准(如用皮尺度量时拉紧度不同)，量值不均匀引起的 误差。2 2、环境误差、环境误差由于各环境因素与要求

6、的标准状态不一致造成的误差。这些因素有温 度、湿度、大气压、振动、亮度(引起视差)等。3 3、人员误差、人员误差人员误差是测量者生理上的最小分辨力、观测经验等引起的误差。 4 4、方法误差、方法误差由于研究方法引起的误差。如经验公式，函数类型选择的近似性如经验公式，函数类型选择的近似性引起的误 差；把岩石视为连续的弹性均质体把岩石视为连续的弹性均质体、操作和测点布置不合理等引起的误差都是操作和测点布置不合理等引起的误差都是 方法误差。方法误差。( (三三) )按照误差性质分按照误差性质分1 1、系统误差、系统误差指针不回零、尺子刻度不准、周围环境改变等，都引起系统误差。找出 其误差数值变化的规

7、律，加入适当的修正值后就可消除系统误差。对矿压观测仪器进行严格的标定和校准，是消除系统误差的主要方法。2 2、偶然误差、偶然误差单次测量时，误差可大可小，可正可负，多次测量后，其平均值趋于零， 具有这种性质的误差称为偶然误差。3 3、综合误差、综合误差系统误差与偶然误差合称为综合误差4 4、粗差、粗差由粗枝大叶、过度疲劳或操作不正确等引起。由粗枝大叶、过度疲劳或操作不正确等引起。如测错、读错、记错等。 粗差又称为过失误差。误差的性质可以转化。误差的性质可以转化。例如，测杆刻度划分误差，对于制造测杆来说是 偶然误差，但当这台测杆用于测量顶底板相对移近量时，就成为系统误差。第三节第三节 概率论与数

8、理统计方法在矿压观测数据处理分概率论与数理统计方法在矿压观测数据处理分 析中的应用析中的应用 观测工作持征： （1）可以在相同的条件下重复进行； （2）每次观测时观测值可能不止个，但应事先掌握观测值的取值范围；(3)每次观测前不能确定该次将测得什么值。 一、基本概念一、基本概念1 1、总体和样本、总体和样本矿压观测中，总体是指某个矿压观测量总体是指某个矿压观测量( (如顶底板移近量、支柱载荷等如顶底板移近量、支柱载荷等) ) X X取值的全体。取值的全体。矿压观测量X所能取的实数个数很多，只能根据具体条件，每隔一段时间 (如一天、两个小时等)在某一测区或测站进行观测。观测所得到的数据仅是观 测

9、量X取值范围中的一部分。把从总体中得到的一部分个体，统称为一组样本。把从总体中得到的一部分个体，统称为一组样本。样本中所包含的个体数目称为样本容量样本中所包含的个体数目称为样本容量, ,取值范围为样本空间。取值范围为样本空间。观测数据不可避免地存在随机误差。数理统计的研究内容之一就是如何数理统计的研究内容之一就是如何 利用随机误差理论，根据容量有限的样本数据对总体进行推断，并做出可靠性利用随机误差理论，根据容量有限的样本数据对总体进行推断，并做出可靠性 分析。分析。 2 2、概率及随机变量正态分布函数、概率及随机变量正态分布函数随机试验中，每一个可能出现的结果称为基本事件基本事件。所有基本事件

10、组成 的集合叫做该随机试验的样本空间，记为样本空间，记为S S。顶板下沉量观测是一种随机试验随机试验，观测中可能测得的一个下沉值就是一个 基本事件基本事件，下沉量的取值范围就是样本空间。样本空间。注意：基本事件之间是互不相容的。注意：基本事件之间是互不相容的。定义：设定义：设是一个随机变量（如矿压观测量），是一个随机变量（如矿压观测量），x x是任意实是任意实 数，用数，用F F（x x）表示）表示 小于小于x x（即（即XxXx）的概率，即）的概率，即 F(x)F(x)PxPx 此此F(x)F(x)称为随机变量称为随机变量的分布函数。的分布函数。 如果对于随机变量的分布函数F(x)，存在非负

11、的函数f(x)，使得对于 任意数x有二、频数与频率分布二、频数与频率分布 为了进一步分解数据的波动情况，找出数据的分布规律，还 要对数据进行分组、求出频数、画出直方图、得到频率分布。例如：中测区三架支架测得的时间加权平均工作阻力Pt，共 26个数据，单位Kg/cm2 1102,883,15181518,1342,1031,699,1299,956,1181,676,989,930,13491085,102 0,847,1232,1139,933,763,745,672,1330,464464,1162,1075求频率分布并画出直方图的步骤如下： 二、频数与频率分布二、频数与频率分布1、确定确定

12、PtPt上、下限：上、下限：为取整，定上界为1600、下界为400。2、确定组距（子区间长度）确定组距（子区间长度）： 组距为200。3、列表统计频数、计算频率列表统计频数、计算频率：表中数据中落在每个组中的数目，称之为频 数或频次。求出频数与总数的百分比，即，得频率。4、画出直方图：画出直方图：以频率为纵坐标，以Pt为横坐标，以表中相应得数值即可 画出直方图。 上图结论 该支架各个循环的初撑力最大值为8914 kN，平均值为3976 kN，是 额定工作阻力的51.25，支护强度平均值为0.575 MPa。初撑力主 要分布在27005100 kN，占统计循环数的66。循环末阻力最大值 为102

13、70 kN，平均值为6814 kN，是额定工作阻力的68.14，支护 强度平均值为0.806 MPa。末阻力绝大部分均小于额定工作阻力，最 大值大于额定工作阻力，主要分布在45009000 kN之间，占统计循 环数的67。 三、用回归分析求经验方程三、用回归分析求经验方程 （一）一元线性回归方程的求法有的矿压观测量之间无确定的函数关系，并非毫无关系， 这种关系为相关关系。相关关系。回归分析是研究相关关系的一种数学方法。N对观测数据在坐标系中的点几乎在某条直线附近，则两个参 数呈线形相关关系线形相关关系。对于给定的x，则估计值第四节第四节 矿压观测报告的编写矿压观测报告的编写 矿压观测成果要通过

14、矿压观测报告加以概括和提高通过矿压观测报告加以概括和提高，它既是现场顶板 控制的指导性文件，又是矿压理论研究和实验研究的依据。矿压观测报告要有严格的科学性和明确的针对性要有严格的科学性和明确的针对性，对新发现问题要大胆对新发现问题要大胆 探讨，阐明自己的见解和学术观点。探讨，阐明自己的见解和学术观点。科学性，科学性，是对全部观测数据用概率论和数理统计方法进行处理，不得随 意取舍或按错误的方法整理分析。针对性，针对性，是根据本次观测的具体内容、目的和所使用的仪器，对取得的 成果进行实事求是的总结，得出本工作面或巷道所特有的矿压特征和顶板控 制的方法及改善途径。 一、采煤工作面矿压观测报告的内容一

15、、采煤工作面矿压观测报告的内容分四个方面。1 1、观测目的、项目及方法、观测目的、项目及方法 说明本次矿压观测的主要任务、项目，采用的矿压观测 仪器，测区、测站的布置，观测和记录的方法及日常数据整理方 法等。2 2、测区地质及生产技术条件、测区地质及生产技术条件 (1)说明观测工作面的地质条件：煤层名称、采高、顶底板岩层 组成、各层厚度、岩石强度、裂隙及构造发育程度、倾角、采深 等(附综合柱状图)。 (2)说明观测工作面的生产系统、开采要素、工作面周围的开采 状况及与采空区的相对位置关系等(附采区巷道布置图)。 (3)说明观测工作面支架型号及参数、支架规格、采煤机型号及 工作方式，控顶方式及控

16、顶距，端头支护方式及劳动组织等(附支 架总图及主要技术特征表)。 3 3、观测结果分析、观测结果分析 观测成果好坏取决于观测计划及手段是否完善、观测工 作组织与实施情况。如果观测目的明确，观测项目针对性强，观测方法和手 段得当，观测数据完整且比较准确，数据整理方法恰当，定 会取得较好的成果。观测结果分析是矿压观测报告最重要的内容，也是矿压观测结果分析是矿压观测报告最重要的内容，也是矿压 观测研究目的所在。观测研究目的所在。4 4、结论与建议、结论与建议 矿压观测工作结束，及时写出矿压总结报告。报告可详、 可简，对于日常矿压观测工作，简明扼要，全面的观测资料分析基 础上，只列出存在的问题及几条结论和改进建议即可。结论和建议的主要内容：