一种采煤面矿压智能预警系统及其建立方法技术方案

本发明专利技术公开了一种采煤面矿压智能预警系统及其建立方法，建立方法包括以下步骤：S1、在巷道内采集岩和/或煤试样，进行岩石力学室内试验；S2、获得围岩松动圈厚度和所述巷道围岩松动圈级别信息；S3、通过确定所述巷道围岩的断裂破坏特征，获得矿山压力显现规律，以及覆岩破断机理；S4、将获得的所述覆岩层运动及矿压显现规律，输入在线智能监测与预警系统的控制端，以实现对采煤面矿压的智能预警。本发明专利技术采用上述一种采煤面矿压智能预警系统，通过实时监测、随时分析，可以保证数据的完整性、准确性和稳定性，进而能够保证系统异常状态时及时报警和预警，从而有效防止顶板事故的发生，保障巷道的安全性与可靠性，从而实现矿井高效安全生产。全生产。全生产。

【技术实现步骤摘要】
一种采煤面矿压智能预警系统及其建立方法


[0001]本专利技术涉及煤炭开采
，尤其是涉及一种采煤面矿压智能预警系统及其建立方法。

技术介绍

[0002]我国西部煤炭资源赋存极其丰富，其中厚煤层资源储量和产量超过40％。因此，厚煤层煤炭资源的开采是实现煤矿高效的重点。厚煤层开采作业中常采用的工艺为大采高开采、放顶煤开采以及分层开采等，采煤工艺的选择与煤层的地质条件以及背景等密切相关。大采高一次采全高开采技术近年来发展迅速，适用于煤层厚度在3.5～8m之间；因其开采产量大、产出率高、操作工艺简单，在我国西北矿区取得了较好的开采效果。然而，大采髙工作面因一次采髙较大，易发生煤壁片帮、冒顶等问题。因此，如何控制大采髙工作面的稳定是工作面实现安全高效的保障。
[0003]大采髙工作面开采过程中出现的一系列剧烈矿山压力显现现象，与地质条件、开采工艺参数、支护强度等有直接关系，其本质源于对大采高工作面覆岩结构及矿压运动规律的认知程度以及所采取的采场控制技术。随着采煤技术的发展与机械设备的更新，在大采高工作面矿压控制方面取得了丰硕的成果，但煤矿深部开采条件复杂，尤其是我国西部矿区的煤炭资源多数赋存于白垩纪与侏罗纪地层中，煤层顶底板多为泥岩、砂质泥岩以及泥砂岩互层等岩性。该类岩石物理力学性质最大特点为弱胶结性，造成其受开采扰动后自稳能力差。因此，对于深埋弱胶结地层与厚煤层赋存条件下开展大采高工艺，其工作面覆岩结构形态、覆岩运移、矿压显现、应力演化对采影响等关键问题亟需解决。
[0004]大采髙工作面因一次采髙较大，易发生煤壁片帮、冒顶等问题。因此，如何控制大采髙工作面的稳定是工作面实现安全高效的保障。大采髙工作面开采过程中出现的一系列剧烈矿山压力显现现象，与地质条件、开采工艺参数、支护强度等有直接关系，其本质源于对大采高工作面覆岩结构及矿压运动规律的认知程度以及所采取的采场控制技术。对于深埋弱胶结地层与厚煤层赋存条件下开展大采高工艺，其工作面覆岩结构形态、覆岩运移、矿压显现、应力演化对采影响等关键问题亟需解决。对回采工作面矿压显现规律及采场覆岩运移状况监测，并将采煤工作面的顶板运动规律与矿压实测数据自动分析可以为寻找解决办法提供依据。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种采煤面矿压智能预警系统及其建立方法，对上覆岩层运动及矿压与围岩应力演化进行远程在线智能预警与监测，能够实时在线监测上覆岩层矿压与应力演化规律，保障巷道的安全性与可靠性，从而实现矿井高效安全生产。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种采煤面矿压智能预警系统及其建立方法，建立方法包括以下步骤：
[0007]S1、在巷道内采集岩和/或煤试样，进行岩石力学室内试验；
[0008]S2、获得围岩松动圈厚度和所述巷道围岩松动圈级别信息；
[0009]S3、通过确定所述巷道围岩的断裂破坏特征，获得矿山压力显现规律，以及覆岩破断机理；
[0010]S4、将获得的所述覆岩层运动及矿压显现规律，输入在线智能监测与预警系统的控制端，以实现对采煤面矿压的智能预警。
[0011]优选的，所述步骤S1中的岩石力学室内试验包括：密度及孔隙率试验、单轴抗压试验，岩石剪切试验，岩石单轴抗拉试验；所述岩石单轴抗拉试验采用直接拉伸法、抗弯法、巴西劈裂法、点荷载试验法中的一种或几种。
[0012]优选的，所述步骤S2中采用声波法和/或窥视技术对所述巷道围岩松动圈进行测试，进而获得所述巷道围岩松动圈厚度和级别信息。
[0013]优选的，所述步骤S3中确定所述巷道围岩的断裂破坏特征通过理论分析、数值模拟与物理相似模拟进行。
[0014]一种如上述方法建立的采煤面矿压智能预警系统，包括信息采集系统、信息传输系统、数据存储平台、数据分析处理平台、终端操作系统、警报系统。
[0015]优选的，所述信息采集系统包括矿压监测平台、开采现场信息采集平台、生产进尺情况检测平台及人工反馈平台；所述矿压监测指标包括支架压力、钻孔应力、巷道变形、顶板离层、锚杆锚索。
[0016]优选的，所述信息传输系统采用有线网、无线网、互联网和/或蓝牙传输数据。
[0017]优选的，实时数据和管理通过网络实时更新；所述警报系统包括多级上下游警报系统；所述终端操作系统包括手机终端、PC终端、矿用移动设备和/或数字电视。
[0018]优选的，所述数据分析处理平台包括数据分析预测模块、大数据展示模块和预警模块，所述预警模块与警报系统相连。
[0019]优选的，所述终端操作系统包括数据录入模块、数据查询模块。
[0020]因此，本专利技术提供的一种采煤面矿压智能预警系统及其建立方法，具有如下有益效果：
[0021]1.本专利技术的智能预警系统通过合理的信息采集系统设置、科学的数据库、先进的数据过滤功能、多级警报系统的紧密配合，能保证系统异常状态时及时、准确地报警、预警和并快速、准确地找到异常位置；
[0022]2.本专利技术的智能预警系统中科学的数据库设计保证了数据的完整性、准确性和稳定性；
[0023]3.本专利技术的智能预警系统局站众多，信号量大，监控系统庞大，保障了整体的预警系统严密性、及时性以及可靠性；
[0024]4.本专利技术的智能预警系统通过实时监测、随时分析，可以提供完整可靠的数据，能够为支架对顶板是否适用提供数据判断；
[0025]5.本专利技术的智能预警系统通过矿压监测数据分析围岩压力特征，以及及时报警，能有效防止顶板事故的发生，保障巷道的安全性与可靠性，从而实现矿井高效安全生产。
[0026]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例一中试样进行浸水与烘干处理的照片；
[0028]图2为本专利技术实施例二至五中所用的煤岩力学测试加工样品；
[0029]图3为本专利技术实施例二所用的液压式万能岩石力学实验机；
[0030]图4为本专利技术实施例二进行单轴抗压试验后的煤岩照片；
[0031]图5为本专利技术实施例三进行岩石剪切试验的图片；
[0032]图6为本专利技术实施例三中煤岩σ
‑
τ关系曲线；
[0033]图7为本专利技术实施例三中剪切破坏图；
[0034]图8为本专利技术实施例四中劈裂法抗拉强度试验成功破坏形态图；
[0035]图9为本专利技术智能预警系统的数据录入模块界面；
[0036]图10为本专利技术智能预警系统的数据查询模块界面；
[0037]图11为本专利技术智能预警系统的数据分析预测模块界面；
[0038]图12为本专利技术智能预警系统的预警结果查询模块界面；
[0039]图13为本专利技术智能预警系统的大数据展示模块界面。
具体实施方式
[0040]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0041]实施例一
[0042]密度及孔隙率试验
[0043]采用量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采煤面矿压智能预警系统的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在巷道内采集岩和/或煤试样，进行岩石力学室内试验；S2、获得围岩松动圈厚度和所述巷道围岩松动圈级别信息；S3、通过确定所述巷道围岩的断裂破坏特征，获得矿山压力显现规律，以及覆岩破断机理；S4、将获得的所述覆岩层运动及矿压显现规律，输入在线智能监测与预警系统的控制端，以实现对采煤面矿压的智能预警。2.根据权利要求1所述的一种采煤面矿压智能预警系统的建立方法，其特征在于，所述步骤S1中的岩石力学室内试验包括：密度及孔隙率试验、单轴抗压试验，岩石剪切试验，岩石单轴抗拉试验；所述岩石单轴抗拉试验采用直接拉伸法、抗弯法、巴西劈裂法、点荷载试验法中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种采煤面矿压智能预警系统的建立方法，其特征在于：所述步骤S2中采用声波法和/或窥视技术对所述巷道围岩松动圈进行测试，进而获得所述巷道围岩松动圈厚度和级别信息。4.根据权利要求1所述的一种采煤面矿压智能预警系统的建立方法，其特征在于：所述步骤S3中确定所述巷道围岩的断裂破坏特征通过理论分析、数值模拟与物理相似模拟进行。5.一种如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福奇，高潮，李治祥，吴军，田斌，任远达，王江宁，赵元庆，赵凤，辛万旭，张华，马进生，王龙飞，赵小龙，李小刚，刘玉德，郭敬忠，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：