超大采高工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合圍巖穩(wěn)定性智能控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超大采高圍巖穩(wěn)定性智能控制方法，穩(wěn)定性智能支護(hù)單元產(chǎn)生的支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)與超大采高工作面圍巖大規(guī)模、高強(qiáng)度運(yùn)移形成的不穩(wěn)定采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)疊加，在工作面頂板、煤壁中達(dá)到與采動(dòng)應(yīng)力的相對(duì)平衡。支撐應(yīng)力場(chǎng)基于頂板下沉和煤壁水平移位的雙因素控制方法確定，護(hù)幫應(yīng)力場(chǎng)依據(jù)防止煤壁“破壞—滑移”的片幫策略確定。建立了智能支護(hù)單元壓力、姿態(tài)等參數(shù)變化與頂板來(lái)壓的映射庫(kù)。智能支護(hù)單元通過(guò)智能控制終端能夠感知內(nèi)部超大采高液壓支架姿態(tài)、壓力以及圍巖中的應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)，綜合分析處理后通過(guò)圍巖穩(wěn)定性智能控制中心調(diào)動(dòng)液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)出控制、預(yù)警等指令。本發(fā)明顯著提升超大采高工作面圍巖穩(wěn)定性和裝備智能化水平。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
超大采高工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合圍巖穩(wěn)定性智能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種采煤工作面圍巖穩(wěn)定性控制方法，具體是考慮到超大采高工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合效應(yīng)的圍巖穩(wěn)定性智能控制方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]綜采工作面是由液壓支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)構(gòu)成的機(jī)械化回采工作面，其中液壓支架支撐頂?shù)装?、控制煤壁，為采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和行人提供安全工作空間并推移工作面設(shè)備前移，是煤炭開(kāi)采過(guò)程圍巖穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵設(shè)備保障。煤礦采掘等地下工程活動(dòng)引起原始應(yīng)力的重新分布，所形成的應(yīng)力分布稱(chēng)為采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)。目前的工作面一次開(kāi)采高度越來(lái)越大，投入運(yùn)行的綜采裝備一次采全厚高度已超過(guò)8.0m，后部采空區(qū)的超大空間使得頂板關(guān)鍵層由普通采高的回轉(zhuǎn)失穩(wěn)演變?yōu)椤盎剞D(zhuǎn)一滑落”失穩(wěn)，同時(shí)片幫概率增大，強(qiáng)擾動(dòng)巖層運(yùn)動(dòng)造成的采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)給工作面圍巖穩(wěn)定支護(hù)帶來(lái)極大難度。依靠人工經(jīng)驗(yàn)操作已無(wú)法提供及時(shí)、準(zhǔn)確響應(yīng)來(lái)保證圍巖穩(wěn)定，超大采高工作面圍巖穩(wěn)定性控制必須由普通采高的“支架輔助圍巖形成承載結(jié)構(gòu)”發(fā)展為“支架主導(dǎo)圍巖形成承載結(jié)構(gòu)”的支護(hù)模式，利用支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)構(gòu)建工作面相對(duì)平衡的空間應(yīng)力場(chǎng)體系。
[0003]圍巖耦合理論闡釋了工作面圍巖與液壓支架的相互作用、相互影響的本質(zhì)關(guān)系， 是指導(dǎo)支護(hù)裝備設(shè)計(jì)和維護(hù)工作面穩(wěn)定的基礎(chǔ)。專(zhuān)利201010231729.1從圍巖的運(yùn)移規(guī)律出發(fā)，建立支架?chē)鷰r關(guān)系耦合模型，將工作圍巖與支架作為一個(gè)整體力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；專(zhuān)利201410453597.5基于支架與圍巖剛度耦合、強(qiáng)度耦合和穩(wěn)定性耦合關(guān)系，提出了一種支架適應(yīng)性的評(píng)價(jià)方法。上述兩個(gè)專(zhuān)利僅從液壓支架設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)適用性評(píng)價(jià)的角度運(yùn)用圍巖耦合理論，無(wú)法替代人工作業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性控制。專(zhuān)利 201410341867.3發(fā)明了一種智能耦合型兩柱掩護(hù)式特大采高液壓支架，具體包括液體支架本體、各類(lèi)傳感元件及控制器，提出了智能型液壓支架的結(jié)構(gòu)組成和功能描述，沒(méi)有考慮多應(yīng)力場(chǎng)耦合效應(yīng)下的圍巖穩(wěn)定性具體控制方法。
[0004]現(xiàn)有綜采工作面自動(dòng)化控制主要以支架本身的姿態(tài)、壓力等參數(shù)為對(duì)象的動(dòng)作控制，由于缺乏對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的感知，多場(chǎng)耦合條件下圍巖穩(wěn)定性控制沒(méi)有相應(yīng)依據(jù)，超大采高工作面綜合機(jī)械化和自動(dòng)化開(kāi)采亟需一種考慮工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合效應(yīng)的圍巖穩(wěn)定性智能控制方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明針對(duì)超大采高綜采工作面頂板大形變、強(qiáng)沖擊和煤壁頻繁片幫等圍巖穩(wěn)定性控制難題，提出一種基于多應(yīng)力場(chǎng)耦合效應(yīng)的圍巖穩(wěn)定性控制方法，利用液壓支架的智能支護(hù)功能解決超大采高工作面開(kāi)采作業(yè)空間安全保障問(wèn)題。
[0006]技術(shù)方案:一種超大采高工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合圍巖穩(wěn)定性智能控制方法，在工作面頂板圍巖中預(yù)設(shè)圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，以工作面頂板和煤壁為主要控制對(duì)象，由智能支護(hù)單元自動(dòng)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)應(yīng)力場(chǎng)，與超大采高工作面圍巖大規(guī)模、高強(qiáng)度運(yùn)移形成的不穩(wěn)定采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)疊加，在工作面頂板、煤壁中達(dá)到原巖應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力及支護(hù)應(yīng)力的相對(duì)平衡，降低圍巖破碎程度，減少?lài)鷰r宏觀位移量，實(shí)現(xiàn)圍巖穩(wěn)定控制。
[0007]所述穩(wěn)定性智能支護(hù)單元包括超大采高液壓支架、液壓支架姿態(tài)和壓力感知裝置、增壓系統(tǒng)和圍巖穩(wěn)定性智能控制終端，工作面并排組成的穩(wěn)定性智能支護(hù)單元構(gòu)成了穩(wěn)定性智能支護(hù)系統(tǒng)。所述超大采高液壓支架具備大缸徑雙伸縮強(qiáng)力支撐立柱、伸縮頂梁和三級(jí)護(hù)幫裝置、大流量安全閥等穩(wěn)定性執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所述感知裝置包括立柱和千斤頂內(nèi)的壓力、位移傳感器，以及傾角等支架姿態(tài)傳感器。所述圍巖穩(wěn)定性智能控制終端置于超大采高液壓支架前連桿上，具備信號(hào)采集、顯示功能，能夠同時(shí)接收液壓支架姿態(tài)和壓力和圍巖應(yīng)力信號(hào)并傳輸?shù)絿鷰r穩(wěn)定性智能控制中心。所述圍巖穩(wěn)定性智能控制中心能夠調(diào)用液壓支架電液控制系統(tǒng)主控制器。
[0008]上述的超大采高工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合圍巖穩(wěn)定性智能控制方法，其對(duì)頂板和煤壁的圍巖穩(wěn)定性控制原理綜合考慮以下方面。
[0009](1)液壓支架可承受的工作面最大長(zhǎng)度與液壓支架支護(hù)能力、工作面端部約束條件、頂板巖層厚度、頂板巖性、頂板破壞程度以及采高等參數(shù)密切相關(guān)。隨著工作面加長(zhǎng)，頂板下沉量越來(lái)越大，當(dāng)工作面長(zhǎng)度達(dá)到一定長(zhǎng)度范圍Z時(shí)，頂板最大下沉量越來(lái)越接近，同時(shí)支架上方頂板出現(xiàn)分段性來(lái)壓，表現(xiàn)為工作面中間段和端頭部來(lái)壓不一致的特點(diǎn)，基本規(guī)律是中間段超前，兩端頭處落后；當(dāng)工作面長(zhǎng)度超過(guò)Z時(shí)，頂板下沉量開(kāi)始由單峰值向多峰值轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)形如“W”三峰值現(xiàn)象，支架上方頂板表現(xiàn)為三峰值同步來(lái)壓特點(diǎn)。
[0010](2)合理提高初撐力和工作阻力，結(jié)合圍巖的自承能力來(lái)控制頂板下沉量，同時(shí)可有效控制煤壁水平位移量，降低煤壁片幫發(fā)生概率。采用對(duì)頂板和煤壁共同約束的雙因素控制法確定超大采高工作面支架初撐力和工作阻力。
[0011](3)提高工作面來(lái)壓前支架與頂板、底板巖層的組合剛度，將有助于促進(jìn)頂板斷裂位置向采空區(qū)移動(dòng)，降低頂板來(lái)壓對(duì)支架沖擊動(dòng)載荷的大小及載荷作用時(shí)間。工作面推進(jìn)速度越快，頂板下沉量越小，則頂板巖層承載能力越強(qiáng)，但不會(huì)影響頂板最終下沉量。采用高初撐力提高組合剛度和加快開(kāi)采速度綜合措施應(yīng)對(duì)頂板來(lái)壓。
[0012](4)煤壁片幫過(guò)程可分為為剪切(拉裂)破壞與滑移失穩(wěn)兩個(gè)階段，發(fā)生破壞只是煤壁片幫的必要非充分條件，煤壁是否片幫還取決于支架對(duì)拉裂破壞體發(fā)生滑移失穩(wěn)的控制效果。提高初撐力及工作阻力只能夠阻滯破壞過(guò)程，提高護(hù)幫力和護(hù)幫范圍可阻止煤壁的滑移。
[0013](5)強(qiáng)沖擊來(lái)壓過(guò)程，僅靠液壓支架的支撐無(wú)法抵抗沖擊來(lái)壓過(guò)程的強(qiáng)烈動(dòng)載，必須進(jìn)行快速讓壓。通過(guò)大流量安全閥實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量耗散，防止支護(hù)系統(tǒng)保護(hù)失穩(wěn)。[0〇14]根據(jù)上述穩(wěn)定性控制原理，進(jìn)一步本發(fā)明的圍巖穩(wěn)定性智能控制流程為。
[0015](1)根據(jù)地質(zhì)條件、采場(chǎng)布置等原始參數(shù)確定超大采高液壓支架形式、支護(hù)剛度、 工作面最大長(zhǎng)度與端部約束條件，實(shí)現(xiàn)剛度和強(qiáng)度的有效耦合，保證工作面圍巖穩(wěn)定的可控性。
[0016](2)將支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)細(xì)分為對(duì)頂板控制的支持應(yīng)力場(chǎng)和對(duì)煤壁控制的護(hù)幫應(yīng)力場(chǎng)， 基于煤壁片幫和頂板下沉約束的雙因素控制方法確定支撐應(yīng)力場(chǎng)平衡所需的立柱壓力閾值;根據(jù)護(hù)幫裝置控制煤壁片幫“破壞-滑移”過(guò)程所需臨界互幫力來(lái)確定護(hù)幫控制千斤頂壓力閾值。
[0017](3)統(tǒng)計(jì)來(lái)壓過(guò)程的頂板壓力和下沉量顯現(xiàn)指征，作為來(lái)超前預(yù)警的依據(jù)，該指征結(jié)合人工交互，是在回采過(guò)程不斷完善的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
[0018](4)圍巖穩(wěn)定智能控制終端實(shí)時(shí)采集區(qū)域范圍內(nèi)圍巖壓力監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)，智能支護(hù)單元內(nèi)立柱、護(hù)幫千斤頂和推移千斤頂壓力參數(shù)以及液壓支架姿態(tài)參數(shù)，傳輸?shù)絿鷰r穩(wěn)定性智能控制中心，進(jìn)行分析處理，對(duì)處于支護(hù)(非移架)狀態(tài)的液壓支架欠壓時(shí)調(diào)動(dòng)電液控制系統(tǒng)向立柱和千斤頂對(duì)應(yīng)的電液閥發(fā)出指令進(jìn)行補(bǔ)液操作直至滿(mǎn)足要求;圍巖穩(wěn)定性控制上位機(jī)軟件將工作面各支護(hù)單元的立柱壓力和支架姿態(tài)(高度)參數(shù)對(duì)比分析，與來(lái)壓指征映射對(duì)比分析，滿(mǎn)足條件發(fā)出預(yù)警，協(xié)助人工決策，整體協(xié)調(diào)工作面推進(jìn)管理。
[0019]本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn):(1)基于工作面圍巖耦合原理確定工作面長(zhǎng)度、兩端頭約束及液壓支架剛度等初始參數(shù)，為圍巖穩(wěn)定性智能控制可控行提供了前提保障；(2)圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置與智能支護(hù)系統(tǒng)的集成，提高了對(duì)圍巖應(yīng)力場(chǎng)感知(反演)的準(zhǔn)確性和調(diào)控的有效性；(3)保障了工作面支護(hù)單元持續(xù)的強(qiáng)力支撐狀態(tài)，有效提高可組合剛度，結(jié)合快速推進(jìn)保障頂板巖梁斷裂位置采空區(qū)方向的后移；(4)較人工控制及時(shí)、準(zhǔn)確，具有數(shù)據(jù)記憶、學(xué)習(xí)、分析和動(dòng)態(tài)調(diào)整功能，提高來(lái)壓超前預(yù)警的可靠性。(5)大流量安全閥實(shí)現(xiàn)強(qiáng)沖擊下的能量耗散，保障了液壓支架裝備的安全?！靖綀D說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的圍巖穩(wěn)定性智能控制原理圖。
[0021]圖2是工作面長(zhǎng)度方向液壓支架支護(hù)群組彈性支座巖梁模型。[〇〇22]圖3是采用本發(fā)明的圍巖穩(wěn)定智能控制流程圖。[〇〇23]其中，1-圍巖穩(wěn)定性智能控制終端；2-立柱壓力傳感器;3-護(hù)幫千斤頂壓力傳感器;4-伸縮梁千斤頂壓力傳感器;5-傾角傳感器;6-大流量安全閥;7-超大采高液壓支架;8-立柱;9-三級(jí)護(hù)幫板;10-推移梁;11-圍巖應(yīng)力測(cè)量裝置?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇24]以某礦8.2m超大采高硬煤工作面為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。如圖2,首先采集工作面煤層賦存條件和布置等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，加強(qiáng)兩端頭約束，基于圍巖耦合理論和液壓支架群組彈性支座巖梁模型確定支護(hù)單元?jiǎng)偠群凸ぷ髅骈L(zhǎng)度等參數(shù)，保證工作面支護(hù)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定和可控。
[0025]如圖1所示，兩柱掩護(hù)式超大采高液壓支架7置于工作面，支撐圍巖頂?shù)装?，支擋煤壁，安裝有大缸徑雙伸縮立柱8,頂梁前端設(shè)伸縮梁10,三級(jí)護(hù)幫板9依托在伸縮梁10上實(shí)現(xiàn)協(xié)動(dòng)。立柱8下腔安裝有壓力傳感器2和大流量安全閥6。護(hù)幫千斤頂壓力傳感器3和伸縮梁千斤頂傳感器4分別安裝在護(hù)幫千斤頂和伸縮梁千斤頂?shù)南虑?。頂梁、連桿和底座上安裝三個(gè)傾角傳感器5。在超大采高液壓支架7上方圍巖中布置圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置11，圍巖穩(wěn)定性智能控制終端1安裝在前連桿處，與立柱8和立柱壓力傳感器2、護(hù)幫千斤頂和護(hù)幫千斤頂壓力傳感器3、伸縮梁千斤頂和伸縮梁千斤頂傳感器4、三個(gè)傾角傳感器5以及超大采高液壓支架7共同組成了一個(gè)穩(wěn)定性智能支護(hù)單元，穩(wěn)定性智能支護(hù)單元能夠采集相應(yīng)控制區(qū)域的圍巖應(yīng)力信號(hào)，整個(gè)工作面共有/2個(gè)并排的智能支護(hù)單元構(gòu)成了穩(wěn)定性智能支護(hù)系統(tǒng)。 [〇〇26]根據(jù)雙因素控制法確定液壓支架支撐壓八立柱壓力閾值設(shè)定A。堅(jiān)硬厚煤層煤壁破壞主要以拉裂破壞為主，建立硬煤煤壁片幫的“拉裂--滑移”力學(xué)模型，計(jì)算得出最易發(fā)生拉裂破壞點(diǎn)，所需護(hù)幫高度、支架臨界護(hù)幫力和伸縮梁對(duì)煤壁支撐力，從而確定護(hù)幫千斤頂下腔壓力閾值/?，伸縮梁千斤頂下腔壓力閾值/?。支護(hù)應(yīng)力依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初設(shè)頂板來(lái)壓或斷裂過(guò)程工作面支架單元群的壓力和高度變化A A指征，作為預(yù)警依據(jù)(運(yùn)行過(guò)程通過(guò)人工交互，不斷豐富頂板來(lái)壓或破斷與立柱壓力和頂板下沉量的映射關(guān)系)。為防止強(qiáng)沖擊下超大采高液壓支架失穩(wěn)，選用快響應(yīng)、大流量安全閥，快速讓壓耗散沖擊能量。
[0027]本發(fā)明的圍巖穩(wěn)定性智能控制流程如圖3所示:在智能支護(hù)單元內(nèi)，圍巖穩(wěn)定智能控制終端5實(shí)時(shí)采集圍巖應(yīng)力測(cè)量裝置11、立柱壓力傳感器2、護(hù)幫千斤頂壓力傳感器3和推移千斤頂壓力傳感器4以及三個(gè)傾角傳感器5的參數(shù)，傳輸?shù)絿鷰r穩(wěn)定性智能控制中心，圍巖穩(wěn)定性智能控制中心內(nèi)嵌程序可通過(guò)三個(gè)傾角參數(shù)解算得到支架高度變化量A A，并結(jié)合頂板下沉量反演出支撐應(yīng)力場(chǎng)。圍巖穩(wěn)定性控制中心將實(shí)際檢測(cè)到的信號(hào)與支架立柱初撐壓力閾值凡、護(hù)幫力閾值/?、丹對(duì)比，支撐應(yīng)力場(chǎng)與采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)對(duì)比，分析該智能支護(hù)單元是否處于支護(hù)狀態(tài)(非移架)或滿(mǎn)足調(diào)整條件，若是，則調(diào)用電液控制系統(tǒng)程序向立柱和護(hù)幫千斤頂、伸縮梁千斤頂對(duì)應(yīng)的電液閥發(fā)出指令進(jìn)行補(bǔ)液操作直至滿(mǎn)足壓力設(shè)定要求，保證各參數(shù)始終處于設(shè)定閾值范圍內(nèi)。圍巖穩(wěn)定性智能控制中心將工作面各智能支護(hù)單元的立柱壓力、千斤頂壓力、支架姿態(tài)和高度變化量A A、采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)變化與來(lái)壓指征映射對(duì)比分析，若符合來(lái)壓指征映射條件則發(fā)出預(yù)警，結(jié)合人工介入驗(yàn)證預(yù)警的準(zhǔn)確定與時(shí)效性，根據(jù)預(yù)警整體協(xié)調(diào)加快工作面推進(jìn)速度、加強(qiáng)初撐力、控制采高，或是采取及時(shí)卸壓保護(hù)等措施。
[0028]所述立柱8的欠壓補(bǔ)液操作，可以通過(guò)圖2所示的增壓系統(tǒng)完成，也可以設(shè)置一套高壓升柱系統(tǒng)，調(diào)用專(zhuān)門(mén)的高壓栗站來(lái)完成。
[0029]所述來(lái)壓指征映射，是綜合統(tǒng)計(jì)走向或長(zhǎng)度方向頂板來(lái)壓(垮落)形式與工作面各智能支護(hù)單元內(nèi)液壓支架壓力、姿態(tài)(包括高度)、護(hù)幫千斤頂壓力變化以及采動(dòng)應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)壓指征映射庫(kù)的建立和完善是結(jié)合人工干預(yù)的一個(gè)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法自記憶、學(xué)習(xí)過(guò)程。
[0030]所述智能支護(hù)單元，遇到?jīng)_擊地壓等強(qiáng)沖擊過(guò)程，通過(guò)大流量安全閥6的及時(shí)卸壓進(jìn)行能量耗散來(lái)減緩對(duì)液壓支架的破壞。
[0031]上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的有效實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本方面的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)精神前提下，普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.超大采高工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合圍巖穩(wěn)定性智能控制方法，其特征在于:由綜采工作 面內(nèi)并排設(shè)置的穩(wěn)定性智能支護(hù)單元自動(dòng)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)應(yīng)力場(chǎng)，與超大采高工作面圍巖 大規(guī)模、高強(qiáng)度運(yùn)移形成的不穩(wěn)定采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)疊加，在工作面頂板、煤壁中達(dá)到原巖應(yīng)力、 采動(dòng)應(yīng)力及支護(hù)應(yīng)力的相對(duì)平衡，降低圍巖破碎程度，減少?lài)鷰r宏觀位移量，實(shí)現(xiàn)圍巖穩(wěn)定 控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大采高工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合圍巖穩(wěn)定性智能控制方法，其 特征在于:在工作面前方圍巖內(nèi)設(shè)置圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，穩(wěn)定性智能支護(hù)單元除感知自身 信息外還能夠接受所述圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)，并將所采集信息傳送到圍巖穩(wěn)定性智能控 制中心，所述穩(wěn)定性智能支護(hù)單元包括超大采高液壓支架、液壓支架姿態(tài)和壓力感知裝置、圍 巖穩(wěn)定性智能控制終端，所述超大采高液壓支架具有強(qiáng)力支撐立柱、伸縮頂梁和三級(jí)護(hù)幫 裝置穩(wěn)定性控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述感知裝置包括立柱和千斤頂內(nèi)的壓力和位移傳感器，以及 支架傾角等姿態(tài)傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大采高工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合圍巖穩(wěn)定性智能控制方法，其 特征在于:根據(jù)地質(zhì)條件、采場(chǎng)布置等原始參數(shù)確定超大采高液壓支架型式、支護(hù)剛度、工 作面最大長(zhǎng)度與端部約束條件，實(shí)現(xiàn)剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的有效耦合，保證工作面圍巖穩(wěn)定 的可控性，通過(guò)頂板下沉、立柱壓力和液壓支架姿態(tài)反演智能支護(hù)單元上方支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)，通 過(guò)工作面智能支護(hù)單元的主動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作，達(dá)到支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)(支撐應(yīng)力場(chǎng)和護(hù)幫應(yīng)力場(chǎng))與所 述圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得的采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)的相對(duì)平衡，其中超大采高工作面目標(biāo)支撐應(yīng)力場(chǎng) 是基于煤壁片幫和頂板下沉約束的雙因素控制方法確定，目標(biāo)護(hù)幫應(yīng)力場(chǎng)是根據(jù)護(hù)幫裝置 控制煤壁片幫“破壞-滑移”過(guò)程所需臨界護(hù)幫力來(lái)確定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大采高工作面多應(yīng)力場(chǎng)耦合圍巖穩(wěn)定性智能控制方法，其 特征在于:根據(jù)工作面穩(wěn)定性智能支護(hù)單元群內(nèi)立柱壓力、支架姿態(tài)和護(hù)幫千斤頂壓力變 化等間接參數(shù)，以及圍巖采動(dòng)應(yīng)力變化直接參數(shù)與頂板來(lái)壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)人工交互、自 記憶和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)等算法建立來(lái)壓指征映射關(guān)系庫(kù)，實(shí)現(xiàn)沿工作面長(zhǎng)度或走向方向的不 同型式來(lái)壓超前預(yù)警。
【文檔編號(hào)】E21D23/12GK106089279SQ201610542524
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】王國(guó)法, 孟祥軍, 張德生, 范京道, 任懷偉, 亓玉浩, 龐義輝, 李政, 李明忠, 左金忠, 張傳昌
【申請(qǐng)人】天地科技股份有限公司, 兗礦集團(tuán)有限公司