基于支架與圍巖耦合關(guān)系的支架適應(yīng)性評價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于支架與圍巖耦合關(guān)系的支架適應(yīng)性評價方法，創(chuàng)新性建立了液壓支架與圍巖耦合關(guān)系模型，分析了液壓支架與圍巖的剛度耦合、強度耦合、穩(wěn)定性耦合關(guān)系，建立了支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系；根據(jù)不同開采方法對圍巖控制效果的要求，確定支架與圍巖評價指標(biāo)體系權(quán)重值；根據(jù)液壓支架在現(xiàn)場使用過程中獲得的實測數(shù)據(jù)，確定支架與圍巖評價指標(biāo)的獨立評價結(jié)果；根據(jù)目標(biāo)權(quán)重值和評價指標(biāo)的獨立評價結(jié)果，得出支架與圍巖適應(yīng)性綜合評價結(jié)果；通過對評價結(jié)果進行分析，提出液壓支架設(shè)計改進意見。本發(fā)明能夠全面反應(yīng)支架對圍巖的適應(yīng)情況及存在的問題，為制定支架改進設(shè)計方案提供重要理論數(shù)據(jù)支持，評價方法簡單有效，實用性強，填補了我國煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法的空白。
【專利說明】基于支架與圍巖閒合關(guān)系的支架適應(yīng)性評價方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦開采【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種煤礦用液壓支架適應(yīng)性評價方法，具體 地說是一種基于支架與圍巖剛度禪合、強度禪合、穩(wěn)定性禪合關(guān)系的支架適應(yīng)性評價方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 禪合是指兩個或兩個W上的體系通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象。工作面液 壓支架與煤層、底板、采空區(qū)巧石、直接頂板、基本頂板、上覆巖層進行相互作用與影響，符 合不同體系的禪合關(guān)系；由于液壓支架主要為鋼鐵材質(zhì)，煤層與頂?shù)装鍘r層屬于巖體，二者 相互作用符合不同介質(zhì)的禪合關(guān)系。
[0003] 目前，我國液壓支架適應(yīng)性評價方法仍處于空白狀態(tài)，絕大多數(shù)關(guān)于液壓支架適 應(yīng)性的研究主要是針對液壓支架工作阻力的適應(yīng)性分析，即通過對工作面礦山壓力進行監(jiān) 巧||，分析工作面礦山壓力觀測數(shù)據(jù)，得出液壓支架工作阻力能否滿足對頂板支護要求的結(jié) 論。關(guān)于支架與圍巖適應(yīng)性的理論研究也主要集中在分析頂板運移狀態(tài)方面，即煤層開挖 導(dǎo)致頂板斷裂，頂板斷裂運動失穩(wěn)對工作面形成礦山壓力，忽視了液壓支架對圍巖施加的 反作用力對頂板運移狀態(tài)產(chǎn)生的影響。
[0004] 現(xiàn)有的液壓支架與圍巖適應(yīng)性研究主要是分析了支架工作阻力的適應(yīng)性，評價指 標(biāo)單一、片面，而且缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對我國目前尚未有液壓支架適應(yīng)性評價方法的現(xiàn)狀，通過分析 液壓支架與圍巖的剛度禪合、強度禪合與穩(wěn)定性禪合關(guān)系，構(gòu)建了 W液壓支架與圍巖適應(yīng) 性為核也的評價指標(biāo)體系，提出了液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法。本發(fā)明可實現(xiàn)對液壓 支架使用效果進行綜合評價，指導(dǎo)液壓支架進行改進設(shè)計。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法，包括：1)獲取煤層頂?shù)装鍘r層巖性、厚 度、埋深、巖石單軸抗壓強度、抗拉強度、內(nèi)聚力、泊松比、內(nèi)摩擦角，分析巖層結(jié)構(gòu)特征及地 質(zhì)構(gòu)造(斷層、權(quán)皺、陷落柱）情況，W及獲取工作面采高、工作面長度、推進長度參數(shù)，分析 所采用的液壓支架架型、支護強度、頂梁結(jié)構(gòu)、護幫裝置、防倒防滑裝置、推移機構(gòu)特征，確 定液壓支架對圍巖控制效果要求；2)建立液壓支架與圍巖禪合關(guān)系模型，包括液壓支架與 圍巖的剛度禪合、強度禪合、穩(wěn)定性禪合關(guān)系，構(gòu)建支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系；所述 支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系包括支架與圍巖剛度禪合適應(yīng)性指數(shù)、支架與圍巖強度禪 合適應(yīng)性指數(shù)、支架與圍巖穩(wěn)定性禪合適應(yīng)性指數(shù)；3)根據(jù)不同開采方法對圍巖控制效果 的要求，確定支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系的目標(biāo)權(quán)重值；4)根據(jù)液壓支架在現(xiàn)場使用 過程中獲得的實測數(shù)據(jù)，確定液壓支架與圍巖系統(tǒng)各評價指標(biāo)的獨立評價結(jié)果；根據(jù)支架 與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系的目標(biāo)權(quán)重值和評價指標(biāo)的獨立評價結(jié)果，得出支架與圍巖適 應(yīng)性綜合評價結(jié)果；通過對該綜合評價結(jié)果進行分析，指導(dǎo)液壓支架進行改進設(shè)計。
[0007] 所述的液壓支架與圍巖剛度禪合關(guān)系，是將含頂煤的直接頂板、液壓支架和底板 視為一個組合體，基本頂板的回轉(zhuǎn)空間為"給定變形"，主要受到煤層開采高度、采空區(qū)冒落 巧石充填效果影響，液壓支架可通過與直接頂板和底板組成所述組合體的整體剛度對所述 基本頂板的斷裂位置產(chǎn)生影響，從而影響基本頂板的運動過程和來壓強度。
[0008] 所述的液壓支架與圍巖強度禪合關(guān)系，是指煤層基本頂板強度影響基本頂板的來 壓步距，決定了基本頂板來壓時的載荷；直接頂板強度影響直接頂板的碎脹系數(shù)，決定了基 本頂板的回轉(zhuǎn)或滑落空間，二者共同決定了工作面礦山壓力的大小；液壓支架通過對直接 頂板施加一定的工作阻力，并間接影響基本頂板載荷對支架的作用位置、基本頂板下沉速 度，維護工作面安全作業(yè)空間；通過液壓支架護幫機構(gòu)對煤壁施加作用力，防止煤壁片幫； 通過對支架底座進行優(yōu)化，降低底座對底板比壓，并輔助W支架抬底座機構(gòu)，使支架適應(yīng)煤 層底板強度，實現(xiàn)支架順利推移。
[0009] 所述的支架與圍巖穩(wěn)定性禪合關(guān)系，是指煤層開挖導(dǎo)致圍巖系統(tǒng)斷裂失穩(wěn)，液壓 支架通過適應(yīng)圍巖失穩(wěn)來保證支架自身穩(wěn)定，并通過保證自身穩(wěn)定性來維護圍巖的穩(wěn)定 性。
[0010] 所述的支架與圍巖剛度禪合適應(yīng)性指數(shù)為支架初撐力適應(yīng)性指數(shù)、頂板下沉量、 立柱下縮量、底座下陷量、地表下沉量。
[0011] 所述的支架與圍巖強度禪合適應(yīng)性指數(shù)為立柱安全閥開啟率、立柱千斤頂損壞 率、閥體損壞率、結(jié)構(gòu)件損壞率、底座扎底率、煤壁片幫率。
[0012] 所述的支架與圍巖穩(wěn)定性禪合適應(yīng)性指數(shù)為支架傾倒情況、頂板冒頂情況、支架 低頭情況、支架高射炮情況、支架咬架情況。
[0013] 所述的支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系的目標(biāo)權(quán)重值，是根據(jù)不同開采方法對 頂板控制的不同要求進行評價指標(biāo)優(yōu)先度排序，確定評價指標(biāo)的優(yōu)先關(guān)系系數(shù)，通過改造 優(yōu)先關(guān)系系數(shù)矩陣得到評價指標(biāo)的模糊關(guān)系一致矩陣，利用方根法計算各指標(biāo)對應(yīng)的優(yōu)度 值，作為各指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重：

【權(quán)利要求】
1. 一種煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法，包括： 1) 獲取煤層頂?shù)装鍘r層巖性、厚度、埋深、巖石單軸抗壓強度、抗拉強度、內(nèi)聚力、泊松 t匕、內(nèi)摩擦角，分析巖層結(jié)構(gòu)特征及地質(zhì)構(gòu)造(斷層、褶皺、陷落柱）情況，以及獲取工作面采 高、工作面長度、推進長度參數(shù)，分析所采用的液壓支架架型、支護強度、頂梁結(jié)構(gòu)、護幫裝 置、防倒防滑裝置、推移機構(gòu)特征，確定液壓支架對圍巖控制效果要求； 2) 建立液壓支架與圍巖稱合關(guān)系模型，包括液壓支架與圍巖的剛度稱合、強度稱合、穩(wěn) 定性耦合關(guān)系，構(gòu)建支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系；所述支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體 系包括支架與圍巖剛度耦合適應(yīng)性指數(shù)、支架與圍巖強度耦合適應(yīng)性指數(shù)、支架與圍巖穩(wěn) 定性耦合適應(yīng)性指數(shù)； 3) 根據(jù)不同開采方法對圍巖控制效果的要求，確定支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系的 目標(biāo)權(quán)重值； 4) 根據(jù)液壓支架在現(xiàn)場使用過程中獲得的實測數(shù)據(jù)，確定液壓支架與圍巖系統(tǒng)各評價 指標(biāo)的獨立評價結(jié)果；根據(jù)支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系的目標(biāo)權(quán)重值和評價指標(biāo)的獨 立評價結(jié)果，得出支架與圍巖適應(yīng)性綜合評價結(jié)果；通過對該綜合評價結(jié)果進行分析，指導(dǎo) 液壓支架進行改進設(shè)計。
2. 如權(quán)利要求1所述的煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法，其特征在于：所述的 支架與圍巖剛度耦合關(guān)系，是將含頂煤的直接頂板、液壓支架和底板視為一個組合體，基本 頂板的回轉(zhuǎn)空間為"給定變形"，主要受到煤層開采高度、采空區(qū)冒落矸石充填效果影響，液 壓支架可通過與直接頂板和底板組成所述組合體的整體剛度對所述基本頂板的斷裂位置 產(chǎn)生影響，從而影響基本頂板的運動過程和來壓強度。
3. 如權(quán)利要求1所述的煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法，其特征在于：所述的 支架與圍巖強度耦合關(guān)系，是指煤層基本頂板強度影響基本頂板的來壓步距，決定了基本 頂板來壓時的載荷；直接頂板強度影響直接頂板的碎脹系數(shù)，決定了基本頂板的回轉(zhuǎn)或滑 落空間，二者共同決定了工作面礦山壓力的大?。灰簤褐Ъ芡ㄟ^對直接頂板施加一定的工 作阻力，并間接影響基本頂板載荷對支架的作用位置、基本頂板下沉速度，維護工作面安全 作業(yè)空間；通過液壓支架護幫機構(gòu)對煤壁施加作用力，防止煤壁片幫；通過對支架底座進 行優(yōu)化，降低底座對底板比壓，并輔助以支架抬底座機構(gòu)，使支架適應(yīng)煤層底板強度，實現(xiàn) 支架順利推移。
4. 如權(quán)利要求1所述的煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法，其特征在于：所述的 支架與圍巖穩(wěn)定性耦合關(guān)系，是指煤層開挖導(dǎo)致圍巖系統(tǒng)斷裂失穩(wěn)，液壓支架通過適應(yīng)圍 巖失穩(wěn)來保證支架自身穩(wěn)定，并通過保證自身穩(wěn)定性來維護圍巖的穩(wěn)定性。
5. 如權(quán)利要求1所述的煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法，其特征在于：所述的 支架與圍巖剛度耦合適應(yīng)性指數(shù)為支架初撐力適應(yīng)性指數(shù)、頂板下沉量、立柱下縮量、底座 下陷量、地表下沉量；所述的支架與圍巖強度耦合適應(yīng)性指數(shù)為立柱安全閥開啟率、立柱千 斤頂損壞率、閥體損壞率、結(jié)構(gòu)件損壞率、底座扎底率、煤壁片幫率；所述的支架與圍巖穩(wěn)定 性奉禹合適應(yīng)性指數(shù)為支架傾倒情況、頂板冒頂情況、支架低頭情況、支架高射炮情況、支架 咬架情況。
6. 如權(quán)利要求1所述的煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法，其特征在于：所述的 支架與圍巖適應(yīng)性評價指標(biāo)體系中的目標(biāo)權(quán)重值，是根據(jù)不同開采方法對頂板控制的不同 要求進行評價指標(biāo)優(yōu)先度排序，確定評價指標(biāo)的優(yōu)先關(guān)系系數(shù)，通過改造優(yōu)先關(guān)系系數(shù)矩 陣得到評價指標(biāo)的模糊關(guān)系一致矩陣，利用方根法計算各指標(biāo)對應(yīng)的優(yōu)度值，作為各指標(biāo) 對應(yīng)的權(quán)重：
先關(guān)系系數(shù)矩陣，其中A7為指標(biāo)^對~的優(yōu)先關(guān)系系數(shù);5；.為各項指標(biāo)對應(yīng)的優(yōu)度值， i=l，2, ? ? ?，n，其中 $ =(瓜而)；。
7. 如權(quán)利要求1所述的煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法，其特征在于：所述的 支架與圍巖評價指標(biāo)的獨立評價結(jié)果，是通過安裝在液壓支架上的礦用本安型傾角傳感 器、礦用本安型壓力傳感器、礦用本安型位移傳感器和礦用本安型采集處理器來確定液壓 支架的姿態(tài)、受力狀態(tài)及位移，并結(jié)合現(xiàn)場觀測結(jié)果進行統(tǒng)計分析確定。
8. 如權(quán)利要求1所述的煤礦用液壓支架與圍巖適應(yīng)性評價方法，其特征在于：所述的 支架與圍巖適應(yīng)性綜合評價結(jié)果，通過模糊綜合評判計算確定：
其中，Z為支架與圍巖適應(yīng)性綜合評價結(jié)果，M為綜合評價結(jié)果集，Ut為支架與圍巖 適應(yīng)指數(shù)評價集對應(yīng)的分?jǐn)?shù)向量，U= {適應(yīng)性很好，適應(yīng)性較好，適應(yīng)性一般，適應(yīng)性較 差} = {>90, 70?90, 60?70,〈60}，Wi為評價指標(biāo)權(quán)重，Ni為各因素的評價矩陣。
【文檔編號】G06F17/50GK104331531SQ201410453597
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】王國法, 龐義輝, 傅京昱, 侯剛, 任懷偉, 劉俊峰, 李占平, 張金虎 申請人:天地科技股份有限公司