CN113779789B - 基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，其特征在于，包括：对综采工作面每个开采循环内开采预设距离以内的历史矿压数据进行统计分析，并选择支架移架接顶后，采煤机继续横向割煤的距离ΔL。计算每个循环每个液压支架在采煤机割煤过程ΔL距离过程中的支架动态压力差指标ΔP。利用支架动态压力差指标ΔP大小与工作面覆岩应力的关系对工作面覆岩应力进行判别。绘制工作面上覆岩应力的大小变化云图。借此，本发明的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，充分考虑了采场几何条件变化所带来的压力变化影响，且可以对煤矿采煤工作面覆岩应力变化程度进行连续的感知。
Description
技术领域
本发明是关于煤矿技术领域，特别是关于一种基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法。
背景技术
目前针对煤矿采煤工作面覆岩应力的感知已经采取了多种技术手段，主要是通过地震波CT、钻孔应力计等手段对采煤工作面的覆岩应力进行感知。
地震波CT技术原理主要是基于地震波穿过煤层和岩层时在时间和能量上的不同进行分析，进而获取地震波分布图像，然后根据图像显示反演工作面应力分布的方法。其优点在于可以在空间上连续反映整个工作面的应力分布情况，但是在时间上只能反演主被动震源发生时刻的应力分布情况，不能在时间上连续反映应力的变化情况。
钻孔应力计测量工作面应力的方法主要是通过将钻孔油枕应力计布设于煤矿井下煤岩体内不同钻孔深度进行相对压力测量的方法。其优点在于时间上可以连续测量应力的变化情况，但是在空间上只能反映钻孔应力计埋设点所处的应力变化情况，无法连续表征整个工作面覆岩应力变化情况。
而对于一直跟随采场工作面推进的液压支架来讲，可以全范围感知工作面覆岩应力变化情况。然而目前对监测的液压支架支护阻力并未进行深度研究，而且支架支护阻力达到最大支护阻力后会在泄压阀的作用下保持恒定，无法进一步表征覆岩应力的变化量，同时基于液压支架支护阻力的分析只单一考虑支架压力的大小随时间的变化关系，并未合理考虑采煤机割煤导致采场几何条件变化所带来的压力变化影响。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，充分考虑了采场几何条件变化所带来的压力变化影响，且可以对煤矿采煤工作面覆岩应力变化程度进行连续的感知。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，其特征在于，包括：S1，对综采工作面每个开采循环内开采预设距离以内的历史矿压数据进行统计分析，并选择支架移架接顶后，采煤机继续横向割煤的距离ΔL。S2，计算每个循环每个液压支架在采煤机割煤过程ΔL距离过程中的支架动态压力差指标ΔP。S3，利用支架动态压力差指标ΔP大小与工作面覆岩应力的关系对工作面覆岩应力进行判别。S4，绘制工作面上覆岩应力的大小变化云图。
在本发明的一实施方式中，预设距离为200米至300米。
在本发明的一实施方式中，对综采工作面每个开采循环内开采预设距离以内的历史矿压数据进行统计分析，并选择ΔL距离包括：对工作面开采200米至300米以内的历史矿压数据进行统计分析，分析出从初撑力到泄压值所经历的最短时间，并选择合适的采煤机继续向前割煤的距离ΔL。
在本发明的一实施方式中，计算每个循环每个液压支架在采煤机割煤过程ΔL距离过程中的支架动态压力差指标ΔP包括：预设工作面推进度为x米，支架编号为n，且第n号支架在推进度为x米的支架动态压力差指标为ΔP＝(x,n,ΔL)。
在本发明的一实施方式中，利用支架动态压力差指标ΔP大小与工作面覆岩应力的关系对工作面覆岩应力进行判别包括：若老顶悬顶长度一致且ΔP(x1,n,ΔL)>ΔP(x2,n,ΔL)，则在推进度为x1米时，第n号支架上覆应力大于在推进度为x2米时的上覆应力。
在本发明的一实施方式中，绘制工作面上覆岩应力的大小变化云图为根据对工作面覆岩应力判别的关系，绘制工作面上覆岩应力的大小变化云图。
与现有技术相比，根据本发明的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，充分考虑了采场几何条件变化所带来的压力变化影响，且可以对煤矿采煤工作面覆岩应力变化程度进行连续的感知。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法的流程示意图；
图2是根据本发明一实施方式的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法的综采面推进过程的示意图；
图3是根据本发明一实施方式的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法的割煤长度的比对示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是根据本发明一实施方式的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法的流程示意图。图2是根据本发明一实施方式的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法的综采面推进过程的示意图。
如图1至图2所示，根据本发明优选实施方式的一种基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，其特征在于，包括：对综采工作面每个开采循环内开采预设距离以内的历史矿压数据进行统计分析，并选择支架移架接顶后，采煤机继续横向割煤的距离ΔL。计算每个循环每个液压支架在采煤机割煤过程ΔL距离过程中的支架动态压力差指标ΔP。利用支架动态压力差指标ΔP大小与工作面覆岩应力的关系对工作面覆岩应力进行判别。绘制工作面上覆岩应力的大小变化云图。
在本发明的一实施方式中，预设距离为200米至300米。对综采工作面每个开采循环内开采预设距离以内的历史矿压数据进行统计分析，并选择ΔL距离包括：对工作面开采200米至300米以内的历史矿压数据进行统计分析，分析出从初撑力到泄压值所经历的最短时间，并选择合适的采煤机继续向前割煤的距离ΔL。如图3所示，选择合适的采煤机继续向前割煤的距离ΔL目的是为了区分ΔPA和ΔPB的强度差异，横轴为割煤长度，如果割煤长度太长无法分辨这两种情况的来压强度大小，太短的长度由于现场条件移架干扰波动大易产生误判。
在本发明的一实施方式中，计算每个循环每个液压支架在采煤机割煤过程ΔL距离过程中的支架动态压力差指标ΔP包括：预设工作面推进度为x米，支架编号为n，且第n号支架在推进度为x米的支架动态压力差指标为ΔP＝(x,n,ΔL)。
在本发明的一实施方式中，利用支架动态压力差指标ΔP大小与工作面覆岩应力的关系对工作面覆岩应力进行判别包括：若老顶悬顶长度一致且ΔP(x1,n,ΔL)>ΔP(x2,n,ΔL)，则在推进度为x1米时，第n号支架上覆应力大于在推进度为x2米时的上覆应力(老顶悬顶长度可通过支架动态压力差指标的周期性变化求得，若指标从最大值突降到最小值时，认为老顶断裂发生一次周期来压，周期来压步距为一个周期的推进长度)。绘制工作面上覆岩应力的大小变化云图为根据对工作面覆岩应力判别的关系，绘制工作面上覆岩应力的大小变化云图。
在实际应用中，本发明的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，提出一个充分考虑采场几何条件变化的支架动态压力差指标，并基于该指标形成对煤矿智能采煤工作面覆岩应力变化程度连续感知的方法。支架动态压力差指标定义：利用精确监测煤矿智能工作面开采支护设备的时空信息(主要是采煤机和液压支架的实时空间位置和工作状态)，实时计算每台支架完成移架动作并达到某种支护状态后，采煤机继续割煤ΔL距离，导致支架由于采场几何结构变化而形成的压力变化值，可称为该支架这一状态下的动态压力差指标。
如图2所示，以图中3#支架为例，在综采面推进过程中3#支架在采煤机割到A点时移架完成并达到某个正常接顶支护状态时，记录3#支架的压力值为PA，当采煤机继续割到B点时，记录记录3#支架的压力值为PB，那么3#支架这个状态形成的动态压力差指标值为ΔP＝PB-PA。因此可以将每个循环单一支架的支架动态压力差指标表述为ΔL为自变量ΔP为因变量的函数。
由于长壁法开采工作面的采煤过程是一个不断循环的过程，在推进过程中每个循环同一个位态形成的支架动态压力差指标值是和覆岩应力成正比的关系，且由于在工作面中液压支架是连续布置且随着工作面移动的，因此通过每个割煤循环的工作面支架动态压力差指标计算，可达到连续表征工作面覆岩应力变化程度的目的。
为实现智能工作面覆岩应力感知，其中具体实现步骤如下：
步骤一：首先对工作面开采200～300米以内的历史矿压数据进行统计分析，分析出从初撑力到泄压值所经历的最短时间，然后选择合适的ΔL(即：满足采煤机割煤ΔL距离后压力变化率放缓，同时支架压力不能达到泄压值)。
步骤二：计算每个循环每个液压支架在采煤机割煤过程ΔL距离过程中的支架动态压力差指标ΔP，假设工作面推进度为x米，支架编号为n，那么第n号支架在推进度为x米的支架支架动态压力差指标为ΔP＝(x,n,ΔL)。
步骤三：完成上述指标计算后，工作面覆岩应力的判别方法为：若ΔP(x1,n,ΔL)>ΔP(x2,n,ΔL)，那么在推进度为x1米时，第n号支架上覆应力大于在推进度为x2米时的上覆应力。
步骤四：根据步骤三的关系，可以绘制工作面上覆应力的大小变化云图。
总之，本发明的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，充分考虑了采场几何条件变化所带来的压力变化影响，且可以对煤矿采煤工作面覆岩应力变化程度进行连续的感知。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (3)
1.一种基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，其特征在于，包括：
对综采工作面每个开采循环内开采预设距离以内的历史矿压数据进行统计分析，并选择支架移架接顶后，采煤机继续横向割煤的距离ΔL；
计算每个循环每个液压支架在采煤机割煤过程ΔL距离过程中的支架动态压力差指标ΔP；
利用支架动态压力差指标ΔP大小与工作面覆岩应力的关系对工作面覆岩应力进行判别；
绘制工作面上覆岩应力的大小变化云图；
其中，所述预设距离为200米至300米；
其中，对所述工作面开采预设距离以内的历史矿压数据进行统计分析，并选择ΔL距离包括：对工作面开采200米至300米以内的历史矿压数据进行统计分析，分析出从初撑力到泄压值所经历的最短时间，并选择合适的采煤机继续向前割煤的距离ΔL；
其中，计算每个循环每个液压支架在采煤机割煤过程ΔL距离过程中的支架动态压力差指标ΔP包括：预设工作面推进度为x米，支架编号为n，且第n号支架在推进度为x米的支架动态压力差指标为ΔP=(x,n,ΔL)。
2.如权利要求1所述的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，其特征在于，利用支架动态压力差指标ΔP大小与工作面覆岩应力的关系对工作面覆岩应力进行判别包括：若老顶悬顶长度一致且ΔP (x1,n,ΔL)>ΔP (x2,n,ΔL)，则在推进度为x1米时，第n号支架上覆应力大于在推进度为x2米时的上覆应力。
3.如权利要求2所述的基于支架动态压力差指标的智能工作面覆岩应力感知方法，其特征在于，绘制所述工作面上覆岩应力的大小变化云图为根据对工作面覆岩应力判别的关系，绘制工作面上覆岩应力的大小变化云图。
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