一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法，涉及采矿工程技术领域，步骤包括：A.获取综采液压支架的结构和支护参数，安装综采液压支架压力监测分站；B.分析综采液压支架顶梁的受力，以支架顶梁和掩护梁连接点为中心建立力矩平衡方程，获得综采采场顶板对支架顶梁的作用力；C.测量并记录综采液压支架工作阻力，生成循环末阻力与推采距离曲线，计算顶板来压结束后至重新推进时的支架工作阻力平均值；D.根据工作面顶板来压结束后重新推进时的综采液压支架顶梁受力平衡方程，求解直接顶厚度。本方法解决了综采条件下直接顶厚度精准确定的问题，与工程实际吻合度高，对顶板岩层变化的适应性强，结果精确、误差小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法
本专利技术涉及采矿工程
，尤其是一种基于综采液压支架受力情况和工程实际参数反演得到直接顶厚度的方法。
技术介绍
综采工作面直接顶厚度对于支架选型和采场围岩支护控制具有重要意义。目前冒高法和实测反演法是采场直接顶厚度确定主要方法。冒高法可划分为不考虑岩梁本身沉降和考虑岩梁本身沉降两种情况，冒高法实质上是利用直接顶岩层垮落和碎胀充填采空区的原理进行计算，需要确定垮落直接顶岩层的碎胀系数和基本顶岩梁沉降值，但上述参数准确确定的难度大，因此该方法的计算误差较大。实测反演法是根据矿压观测数据来进行直接顶厚度的反算，但是目前该方法仅适用于单体液压支柱支护的情况，该方法在综采工作面条件下直接使用时误差较大，经研究发现其主要原因是综采液压支架的结构形式和单体液压支柱的结构形式差异大。随着煤矿开采的机械化水平不断提高，综采液压支架在采煤工作中得到了广泛的应用，为充分考虑综采液压支架的结构特征和工作状态，准确的确定采场的直接顶厚度，需要对现有的直接顶厚度确定方法做进一步的改进。
技术实现思路
为提高综采条件下利用液压支架受力参数反演计算直接顶厚度的精度，本专利技术提供了一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法，具体技术方案如下。一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法，步骤包括：A.获取综采液压支架的结构和支护参数，安装综采液压支架压力监测分站；所述综采液压支架的结构包括立柱的数量；所述支护参数包括综采液压支架顶梁长度LR、顶梁重量G0、立柱和顶梁的夹角α、立柱对顶梁的支点到顶梁末端距离L1、护板重量G1、支架控顶距LK、相邻综采支架中心距Ld、悬顶距Ls和直接顶的容重γZ；B.分析综采液压支架顶梁的受力，建立力矩平衡方程；其中综采液压支架立柱所受合力为Fs，综采采场顶板对综采液压支架顶梁的作用力为F，所述力矩平衡方程具体为：C.获取综采液压支架工作阻力，生成循环末阻力与推采距离曲线，计算工作面顶板来压结束后至重新推进时的支架工作阻力平均值Fs0；D.根据工作面顶板来压结束后重新推进时的综采液压支架顶梁受力平衡方程，求解直接顶厚度；所述受力平衡方程为：其中直接顶厚度为MZ。优选的是，步骤B中的力矩平衡方程选取综采液压支架顶梁和掩护梁的连接点作为中心，所述力矩平衡方程求解得到综采采场顶板对支架顶梁的作用力F。优选的是，步骤A中压力监测分站均匀间隔设置在综采液压支架上，监测分站通过专用通讯线路将监测数据传输至地面监控室。优选的是，步骤C中循环末阻力与推采距离曲线至少包括2个连续的周期来压；所述工作面顶板来压结束后至重新推进时的支架工作阻力平均值Fs0根据循环末阻力与推采距离曲线计算确定。进一步优选的是，步骤D中根据每日割煤循环进尺和循环末阻力与推采距离曲线，计算得到多个直接顶厚度值，从中取最大值和最小值确定直接顶厚度范围，取平均值作为直接顶厚度的平均值。更进一步优选的是，综采液压支架为两柱式综采液压支架或四柱式综采液压支架。本专利技术的有益效果包括：(1)采用综采液压支架工作阻力和便于测量的工程实际参数反演计算直接顶厚度，该方法提高了直接顶厚度确定的精度，简便可靠，并且该方法是根据综采采场顶板岩层变化的特征来进行确定，在综采开采条件下的直接顶厚度计算中适应性更强。(2)该方法根据综采液压支架顶梁受力情况，考虑了液压支架的结构特征和工作实际，对支架受力进行实时监测，并避免了综采液压支架掩护梁和护板带来的直接顶厚度计算误差，提高了计算精度。(3)本方法利用综采液压支架循环末阻力与推采距离曲线，计算不同推采位置范围内的直接顶厚度，从而确定直接顶厚度的范围，从而进一步的指导支架选型和采场围岩支护控制，保证开采安全。另外本专利技术还具有计算简便，工程实际吻合度高，直接顶厚度反演确定的精度高等优点。附图说明图1是基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法流程示意图；图2是综采液压支架受力分析图；图3是循环末阻力与推采距离曲线图。图中：1-基本顶；2-直接顶；3-煤层；4-综采液压支架；5-采空区。具体实施方式结合图1至图3所示，本专利技术提供的一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法，具体实施方式如下。实施例1一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法，采用综采液压支架工作阻力和便于测量的工程实际参数反演确定直接顶厚度，该方法提高了直接顶厚度计算的精度，简便可靠，并且该方法是根据综采采场顶板岩层变化的特征来进行计算，在综采开采条件下的直接顶厚度计算中适应性更强。如图1所示，本方法的具体步骤包括：A.现场调研获取综采液压支架的支护参数，安装综采液压支架压力监测分站，压力监测分站均匀间隔设置在综采液压支架上，监测分站通过专用通讯线路将监测数据传输至地面监控室。综采液压支架为两柱式综采液压支架或四柱式综采液压支架，以两柱式综采液压支架为例。两柱式综采液压支架的支护参数包括：综采液压支架顶梁长度LR、顶梁重量G0、立柱和顶梁的夹角α、立柱对顶梁的支点到顶梁末端距离L1、护板重量G1、支架控顶距LK、相邻综采支架中心距Ld、悬顶距Ls和直接顶的容重γZ。B.分析综采采场的液压支架顶梁的受力，如图2所示，建立力矩平衡方程。其中综采液压支架立柱所受合力为Fs，顶板对综采液压支架顶梁的作用力为F，力矩平衡方程具体为：力矩平衡方程选取综采液压支架顶梁和掩护梁的连接点作为中心O，力矩平衡方程求解得到综采采场顶板对综采液压支架顶梁的作用力F，采场顶板对支架顶梁的作用力F具体为：C.获取综采液压支架工作阻力，生成循环末阻力与推采距离曲线，计算工作面顶板来压结束后至重新推进时的支架工作阻力平均值Fs0。其中，循环末阻力与推采距离曲线至少包括2～3个连续的周期来压。工作面顶板来压结束后至重新推进时的支架工作阻力平均值Fs0，根据循环末阻力与推采距离曲线计算确定。D.根据工作面顶板来压结束后重新推进时的综采液压支架顶梁受力平衡方程，由于工作面顶板来压结束后重新推进时采场顶板岩层对支架的作用力仅由直接顶岩层提供，所以支架顶梁的受力平衡方程为：其中，直接顶厚度为MZ，根据上述方程求解直接顶厚度，直接顶厚度MZ的表达式为：根据每日割煤循环进尺和循环末阻力与推采距离曲线，计算得到多个直接顶厚度值，从中取最大值和最小值确定直接顶厚度范围，取平均值作为直接顶厚度的平均值。确定直接顶厚度的范围，从而进一步的指导支架选型和采场围岩支护控制，保证开采安全。实施例2本实施例在实施例1的基础上结合某矿主采3-1煤的11301采煤工作面，2018年6月份的工作面推采工程实例，对基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法做进一步的说明。根据矿井地质资料和作业规程可知，该工作面的煤层厚度平均4.0m，煤层上方顶板岩层自下向上依次为砂质泥岩、泥岩及砂岩互层，厚度12.5～20.7m，平均厚度约15.8m。该采煤工作面采用双立柱双伸缩支撑掩护式液压支架，支架型号为ZY13000/24/50D，支架额定工作阻力为13000kN，初撑力6982.4kN，采高4.0m。基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法具体步骤包括：A.现场调研获取综采液压支架的支护参数，在11301采煤工作面的综采液压支架安装压力监测分站，压力监测分站均匀间隔4个支架设置在综采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法，其特征在于，步骤包括：A.获取综采液压支架的结构和支护参数，安装综采液压支架压力监测分站；所述综采液压支架的结构包括立柱的数量；所述支护参数包括综采液压支架顶梁长度LR、顶梁重量G0、立柱和顶梁的夹角α、立柱对顶梁的支点到顶梁末端距离L1、护板重量G1、支架控顶距LK、相邻综采支架中心距Ld、悬顶距Ls和直接顶的容重γZ；B.分析综采液压支架顶梁的受力，建立力矩平衡方程；其中综采液压支架立柱所受合力为Fs，综采采场顶板对综采液压支架顶梁的作用力为F，所述力矩平衡方程具体为：

【技术特征摘要】
1.一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法，其特征在于，步骤包括：A.获取综采液压支架的结构和支护参数，安装综采液压支架压力监测分站；所述综采液压支架的结构包括立柱的数量；所述支护参数包括综采液压支架顶梁长度LR、顶梁重量G0、立柱和顶梁的夹角α、立柱对顶梁的支点到顶梁末端距离L1、护板重量G1、支架控顶距LK、相邻综采支架中心距Ld、悬顶距Ls和直接顶的容重γZ；B.分析综采液压支架顶梁的受力，建立力矩平衡方程；其中综采液压支架立柱所受合力为Fs，综采采场顶板对综采液压支架顶梁的作用力为F，所述力矩平衡方程具体为：C.获取综采液压支架工作阻力，生成循环末阻力与推采距离曲线，计算工作面顶板来压结束后至重新推进时的支架工作阻力平均值Fs0；D.根据工作面顶板来压结束后重新推进时的综采液压支架顶梁受力平衡方程，求解直接顶厚度；所述受力平衡方程为：其中直接顶厚度为MZ。2.根据权利要求1所述的一种基于综采液压支架受力反演直接顶厚度的方法，其特征在于，所述步骤B中的力矩平衡方程选取综采液压支架顶梁...

【专利技术属性】
技术研发人员：于凤海，赵同彬，谭云亮，高学鹏，赵伟，周凯，贾敬龙，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37