【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤炭开采，尤其涉及基于矿压调控的高效采煤方法及系统。
技术介绍
1、国家相关文件规定，煤矿企业应积极创造条件减少井下作业人数，井下劳动定员“能减则减”，鼓励煤矿取消夜班。为实现上述目标，进一步提高矿井采煤效率和综合工效，成为当前亟待突破的重要方向。在我国西部矿区，地质条件简单、开采规模大、机械化水平高等特点，综采设备和开采规模均已达到世界领先水平。然而，尽管各类采掘技术装备不断迭代发展，但受材料强度、电机功率等因素制约，现行装备各方面性能均已达到瓶颈，进一步探索工作面减人增效新途径，势在必行。陕北地区由于煤层埋深浅、地应力小，采煤过程中工作面煤体硬度普遍偏高。除了继续提高采煤机械性能，通过一定技术手段降低煤层硬度也是提高工作面采煤效率的有效途径。
2、目前，常见的煤层软化方法主要有水压致裂、深孔爆破、液态co2相变致裂等，但经实践检验，上述方法在现场实施中需要配套钻孔设备、封孔设备及安装起爆装置等，施工工艺较为复杂，难以大范围推广应用。
3、已有研究和实践表明，增大液压支架支护强度，有利于提高工作面煤壁稳定性，防止片帮；反之，降低支护强度，则促使支承压力向煤壁前方转移，煤体破碎程度和塑性区范围增大。同时，根据红柳林煤矿观测数据显示，工作面周期来压期间，采煤机割煤速度明显高于非来压期间。由此可见，若在保证工作面顶板安全的前提下，合理控制支护强度促使采动压力向煤壁传递，必然可达到弱化煤体、提高采煤效率的目的。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，
2、一方面，为实现上述目的，本专利技术提供了基于矿压调控的高效采煤方法，包括：
3、基于顶板变形规律和煤层弱化规律，对矿压强度进行分区，明确顶板变形与煤层弱化协同控制机理；
4、通过所述顶板变形与煤层弱化协同控制机理，确定支护强度与采煤速度的关系，并调整所述支护强度的调控范围，确定采煤矿压调控准则；
5、基于所述采煤矿压调控准则，构建矿压调控理论模型，确定采煤过程中支护强度的调控量，基于所述支护强度的调控量确定采煤矿压调控方法；
6、基于所述矿压调控方法，在采煤过程中，根据实时监测到的支架压力和采煤速度相关数据，判断何时以及何处位置的支架需要进行增压或卸压，实现相应位置支架增压或卸压调控。
7、优选地，明确所述顶板变形与煤层弱化协同控制机理，包括：
8、根据采煤工程地质条件，通过数值模拟与物理模型试验，研究在矿压调控下顶板的断裂特征、顶板的运动过程以及顶板的稳定机制；
9、当工作面的开采处在不同时刻时，依据所述工作面的工程概况进行顶板周期性断裂特征和运动过程的物理模型试验和数值模拟研究，确定保持顶板稳定的最小支护强度，并对处在不同顶板矿压状态下的煤层进行数值模拟和物理模型试验，分析煤壁处在不同状态下的应力演化规律，明确覆岩矿压与煤壁破坏的关系，从而确定所述顶板变形与煤层弱化协同控制机理。
10、优选地，所述支护强度的调控范围为：
11、p1<p<p2
12、式中，p1为保证顶板稳定所需的最小支护强度，p为液压支架的实时支护强度，p2为使采煤效果最优的最大支护强度。
13、优选地，所述支护强度与采煤速度的关系包括不同矿压期间支护与采煤速度的关系和不同工作面位置支护与采煤速度的关系。
14、优选地，确定所述采煤过程中支护强度的调控量，包括：
15、基于所述矿压调控理论模型，开展矿压调控作用下采煤效率试验，建立数据库，基于顶板所处的不同状态，依据所述数据库，对液压支架提供的支护强度进行让压调整，明确不同顶板状态下支护强度所需调控的最佳时间、位置和调控量。
16、优选地，所需调控的调控量为：
17、
18、式中，δδ为所需调控的调控量，k1、k2、k3、k4分别为待定系数，通过试验获取，v为顶板变形率，f为顶板硬度系数，p为支架所受压力，n为泄压阀开启次数。
19、优选地，基于所述支护强度的调控量确定采煤矿压调控方法，包括：
20、当支架所提供的支护强度不足以维持顶板稳定时，即所述支护强度低于通过数值模拟、物理模型试验以及现场工程试验所确定的能够保持顶板安全稳定的最小支护强度时，需通过开启泵站，对液压支架进行增压；
21、当支架所提供的支护强度不利于煤壁的弱化时，即支护强度超过数值模拟、物理模型试验以及现场工程试验所确定的能够使采煤机割煤速度达到设计值时的最大支护强度时，则通过开启泄压阀，对支架进行泄压。
22、另一方面，为实现上述目的，本专利技术还提供了基于矿压调控的高效采煤系统，包括：
23、动态实时监测模块：用于对顶板所处矿压状态与此时的割煤速度进行监测，实时将所采集到的数据传入智能分析评价模块；
24、智能分析评价模块：用于对所述动态实时监测模块所得的数据进行加工处理，将所收集的数据与建立的数据库进行对比分析，判断顶板所处状态，并将判断结果传输到智能调控模块；
25、智能调控模块：用于对所述智能分析评价模块的所述判断结果进行评价，调整支架的支护强度；
26、数据可视化模块：用于展示支护强度数据。
27、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
28、本专利技术提出了基于矿压调控的高效采煤方法及系统，通过改变液压支架的支护强度，实现对一定范围内的矿山压力大小和位置进行调控，进而利用矿山压力促使坚硬煤层产生裂隙、破碎，实现煤层弱化的目的，从而大幅提高采煤机割煤速度；克服了传统坚硬煤层条件下煤壁完整、采煤机割煤困难、采煤效率低的难题；
29、本专利技术利用矿压调控实现煤层弱化，从而提高采煤效率，促进矿井增产提效；减少了工作人员井下作业时间，降低了安全事故率，具有显著的经济社会效益。
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1.基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，明确所述顶板变形与煤层弱化协同控制机理，包括：
3.根据权利要求1所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，所述支护强度的调控范围为：
4.根据权利要求3所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，所述支护强度与采煤速度的关系包括不同矿压期间支护与采煤速度的关系和不同工作面位置支护与采煤速度的关系。
5.根据权利要求1所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，确定所述采煤过程中支护强度的调控量，包括：
6.根据权利要求5所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，所需调控的调控量为：
7.根据权利要求6所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，基于所述支护强度的调控量确定采煤矿压调控方法，包括：
8.基于矿压调控的高效采煤系统，应用于权利要求1-7任一项所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，明确所述顶板变形与煤层弱化协同控制机理，包括：
3.根据权利要求1所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，所述支护强度的调控范围为：
4.根据权利要求3所述的基于矿压调控的高效采煤方法，其特征在于，所述支护强度与采煤速度的关系包括不同矿压期间支护与采煤速度的关系和不同工作面位置支护与采煤速度的关系。
...【专利技术属性】
技术研发人员：王亚军，杜付康，郭奋超，杨军，朱斯陶，甄恩泽，周鹏，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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