基于液压支架的顶板稳定性监测调控和煤壁弱化方法技术

本发明专利技术涉及煤矿设备技术领域，具体涉及一种基于液压支架的顶板稳定性监测调控和煤壁弱化方法，通过构建顶板稳定性监测预警模型，通过液压支架对工作面顶板情况进行监测，使液压支架基于顶板特征识别和动态分区进行动态调整的调压策略，提高对厚硬煤层的破碎效果，对工作面推进方向的顶板情况进行预测，实时改变液压支架的调压策略，消除现有调压策略调整和适应的滞后性。和适应的滞后性。和适应的滞后性。

【技术实现步骤摘要】
基于液压支架的顶板稳定性监测调控和煤壁弱化方法

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[0001]本专利技术涉及煤矿设备
，具体涉及一种基于液压支架的顶板稳定性监测调控和煤壁弱化方法。

技术介绍
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[0002]现有针对厚煤层的井工开采，一般都是采用放顶煤技术进行，但是当煤壁厚硬的情况，顶煤的可放性会较差，导致采煤机割煤速度慢，截齿损耗大，同时开采出的煤体块较大，易堵塞采煤机下方过煤空间，而且推进方向煤壁容易积累弹性势能，出现炸帮或煤矿爆出等风险，顶煤也不易垮落，导致开采时丢煤量大，现有对于厚硬煤壁是采用蠕变让压技术，通过间隔配置液压支架支护策略为承压和让压，使工作面顶板加速下沉，通过顶板下沉压力使推进方向煤层破碎，降低煤壁厚硬度，使顶煤易垮落；
[0003]但是现有在采用蠕变让压时，液压支架承压或让压策略调整较慢，对特殊顶板条件的调整和适应存在滞后性，在顶板下沉来压区，让压支架未及时调整承压时，会导致承压支架承压过高而导致损坏或故障，甚至冒顶的风险，同时在顶板破碎区，承压支架可能因未及时接顶导致立柱伸展过高，而相邻让压支架处于立柱较低状态，从而导致相邻支架搭接异常，由于调压策略过慢，对于较为坚硬的煤层往往达不到预期效果，且在开采过程中，可能会出现工作面后部已开采区域大块顶梁未垮落，在垮落时会造成强冲击的压力事故，因此有必要研制一种基于液压支架的顶板稳定性监测调控和煤壁弱化方法。

技术实现思路
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[0004]针对上述存在的缺陷和问题，本专利技术提供一种基于液压支架的顶板稳定性监测调控和煤壁弱化方法，其目的是构建顶板稳定性监测预警模型，通过液压支架对工作面顶板情况进行监测，使液压支架基于顶板特征识别和动态分区进行动态调整的调压策略，提高对厚硬煤层的破碎效果，对工作面推进方向的顶板情况进行预测，实时改变液压支架的调压策略，消除现有调压策略调整和适应的滞后性。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的方案是：一种基于液压支架的顶板稳定性监测调控和煤壁弱化方法，液压支架上设有用以监测承压力度的传感器、用以监测支架角度倾斜的传感器和用以监测推进行程的传感器，还设有压力限制组件、控制组件和数据传输组件；并建立顶板稳定性监测预警模型：
[0006]S1.液压支架顶板特征识别判断：
[0007]1)基于传感器监测到的液压支架受压数据，判断顶板工作面是否处于顶板下沉来压区，识别顶板下沉来压区位置和确定来压强度：
[0008]2)根据矿压数据，识别范围内高压的液压支架密集区域，对以上区域确定液压支架的承压情况、增阻情况和高压时长，判定是否属于顶板下沉来压区，对于识别确定的顶板下沉来压区，记录分析区域大小和增阻来压程度；
[0009]3)基于传感器监测到的液压支架受压数据，判断顶板工作面是否处于顶板破碎
区，识别顶板破碎区位置和破碎程度：
[0010]4)根据矿压数据，识别范围内低压的液压支架密集区域，对以上区域确定液压支架的承压情况、增阻情况和低压时长，根据液压支架实际工况数据，排除液压支架自身故障原因，判定是否属于顶板破碎区，对于识别确定的顶板破碎区，记录分析区域大小和破碎程度；
[0011]S2.液压支架姿态识别判断：
[0012]1)基于传感器监测到液压支架各部位的倾角和姿态数据，判断液压支架是否存在姿态异常；
[0013]2)根据液压支架顶梁和底座的俯仰角之差，判断液压支架是否处于顶梁仰角过大或顶梁仰角过小的异常姿态，并根据液压支架底座横滚角与工作面或采煤机对应角度数据之差，判断液压支架是否存在歪架或存在倾倒风险；
[0014]3)基于传感器监测工作面液压支架的姿态数据，判断是否存在相邻液压支架处于姿态搭接异常状态；
[0015]4)根据传感器监测到相邻液压支架的采高数据，判断液压支架是否过高或过低，导致液压支架支护存在矸石通过的缝隙漏洞；根据传感器监测到相邻液压支架的顶梁俯仰角数据，判断液压支架是否顶梁相错过大，导致顶梁头部或尾部出现支护漏洞；根据传感器监测到相邻液压支架底座横滚角数据，判断相邻液压支架顶梁是否会挤压碰撞或出现支护漏洞；
[0016]S3.顶板合力作用点判别：
[0017]1)根据传感器监测的液压支架姿态数据和压力数据，判断顶板对液压支架的合力作用点位于顶梁的位置，根据顶梁压力数据，计算确定合力作用点位置；
[0018]S4.特殊顶板特征预警：
[0019]1)根据传感器监测液压支架的压力数据、姿态数据和合力作用点位置，对液压之间前方顶板特征进行预测分析，当分析到特殊顶板特征时对工作面对应区域进行预警；
[0020]S5.顶板稳定性动态分区：根据工作面顶板特征监测数据和预测分析结果，构建工作面顶板稳定性模型，根据顶板稳定性进行动态分区，划分为顶板稳定区、回转加速区、失稳风险区，并根据顶板稳定性进行动态分区结果，对不同区域实行不同的液压支架调压策略。
[0021]S6.单液压支架压力与姿态控制：液压支架上监测承压力度的传感器对顶板压力和分布情况实时监测，并通过监测支架角度倾斜的传感器反馈支架的姿态情况，通过控制组件对单液压支架进行控制，调整液压支架各千斤顶输出，控制液压支架各部位空间位置，并利用擦顶移架安全阀对液压支架进行承压调整，针对不同顶板稳定性对液压支架调控目标，使液压支架实现蠕变让压、补液承压、降柱泄压和顶梁调姿，控制液压支架的承压情况，利用数据传输组件能够将各个传感器监测到的数据传输至上位机，通过控制器远程控制液压支架的姿态和承压调节。
[0022]进一步的，针对S5中顶板稳定性动态分区的判定标准为：
[0023]1)顶板稳定区：
①
区域内内无顶板下沉来压区和顶板破碎区，
②
区域内无特殊顶板区域预警，
③
区域内无液压支架姿态异常，
④
液压支架合力作用点处于顶梁中部；
[0024]2)回转加速区：
①
区域内内无顶板下沉来压区和顶板破碎区，
②
区域内无特殊顶
板区域预警，或有低风险预警，
③
区域内无液压支架姿态异常，或有顶梁俯仰角异常，
④
液压支架合力作用点向顶梁前部偏移；
[0025]3)失稳风险区：
①
区域内可能有顶板下沉来压区和顶板破碎区，
②
区域内有特殊顶板区域高风险预警，
③
区域内有液压支架搭接异常和俯仰角异常，
④
液压支架合力作用点处于顶梁前部或后部。
[0026]进一步的，对不同区域实行不同的液压支架调压策略为：对于顶板稳定区，调压策略为蠕变让压，承压液压支架之间间隔2
‑
3台配置为让压支架，让压支架的初撑力和工作阻力配置较小，让压支架采用擦顶移架安全阀控制流量泄压，使让压过程中不会快速降柱，与相邻支架搭接正常；
[0027]回转加速区：调压策略为蠕变让压，承压液压支架之间间隔0
‑
1台配置为让压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液压支架的顶板稳定性监测调控和煤壁弱化方法，其特征在于，液压支架上设有用以监测承压力度的传感器、用以监测支架角度倾斜的传感器和用以监测推进行程的传感器，还设有压力限制组件、控制组件和数据传输组件；并建立顶板稳定性监测预警模型：S1.液压支架顶板特征识别判断：1）基于传感器监测到的液压支架受压数据，判断顶板工作面是否处于顶板下沉来压区，识别顶板下沉来压区位置和确定来压强度：2）根据矿压数据，识别范围内高压的液压支架密集区域，对以上区域确定液压支架的承压情况、增阻情况和高压时长，判定是否属于顶板下沉来压区，对于识别确定的顶板下沉来压区，记录分析区域大小和增阻来压程度；3）基于传感器监测到的液压支架受压数据，判断顶板工作面是否处于顶板破碎区，识别顶板破碎区位置和破碎程度：4）根据矿压数据，识别范围内低压的液压支架密集区域，对以上区域确定液压支架的承压情况、增阻情况和低压时长，根据液压支架实际工况数据，排除液压支架自身故障原因，判定是否属于顶板破碎区，对于识别确定的顶板破碎区，记录分析区域大小和破碎程度；S2.液压支架姿态识别判断：1）基于传感器监测到液压支架各部位的倾角和姿态数据，判断液压支架是否存在姿态异常；2）根据液压支架顶梁和底座的俯仰角之差，判断液压支架是否处于顶梁仰角过大或顶梁仰角过小的异常姿态，并根据液压支架底座横滚角与工作面或采煤机对应角度数据之差，判断液压支架是否存在歪架或存在倾倒风险；3）基于传感器监测工作面液压支架的姿态数据，判断是否存在相邻液压支架处于姿态搭接异常状态；4）根据传感器监测到相邻液压支架的采高数据，判断液压支架是否过高或过低，导致液压支架支护存在矸石通过的缝隙漏洞；根据传感器监测到相邻液压支架的顶梁俯仰角数据，判断液压支架是否顶梁相错过大，导致顶梁头部或尾部出现支护漏洞；根据传感器监测到相邻液压支架底座横滚角数据，判断相邻液压支架顶梁是否会挤压碰撞或出现支护漏洞；S3.顶板合力作用点判别：1）根据传感器监测的液压支架姿态数据和压力数据，判断顶板对液压支架的合力作用点位于顶梁的位置，根据顶梁压力数据，计算确定合力作用点位置；S4.特殊顶板特征预警：1）根据传感器监测液压支架的压力数据、姿态数据和合力作用点位置，对液压之间前方顶板特征进行预测分析，当分析到特殊顶板特征时对工作面对应区域进行预警；S5.顶板稳定性动态分区：根据工作面顶板特征监测数据和预测分析结果，构建工作面顶板稳定性模型，根据顶板稳定性进行动态分区，划分为顶板稳定区、回转加速区、失稳风险区，并根据顶板稳定性进行动态分区结果，对不同区域实行不同的液压支架调压策略；S6.单液压支架压力与姿态控制：液压支架上监测承压力度的传感器对顶板压力和分
布情况实时监测，并通过监测支架角度倾斜的传感器反馈支架的姿态情况，通过控制组件对单液压支架进行控制，调整液压支架各千斤顶输出，控制液压支架各部位空间位置，并利用擦顶移架安全阀对液压支架进行承压调整，针对不同顶板稳定性对液压支架调控目标，使液压支架实现蠕变让压、补液承压、降柱泄压和顶梁调姿，控制液压支架的承压情况，利用数据传输组件能够将各个传感器监测到的数据传输至上位机，实时监测液压支架的承压力、姿态状态和高度，对可能出现的单架姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭和，宗培新，刘世轩，李伟，李浩源，王子铭，杨佳，杨苗，张琳，
申请(专利权)人：郑州煤机智控技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：