[发明专利]用于监测长壁矿井顶板稳定性的系统和方法

说明书

描述了使用长壁开采系统监测矿井顶板状况的系统和方法。控制多个动力顶板支架以在矿井顶板施加可调支撑压力。基于通过每个动力顶板支架的相应致动器施加到顶板上的可调支撑压力来监测矿井顶板的状况。在一些实施方式中，基于由每个动力顶板支架施加的可调支撑压力以及移动穿过采矿工作面的采煤机的相对位置，通过生成和分析图形化压力示意图来监控矿井顶板的状况。在一些实施方式中，基于由图形化压力示意图指示的、由多个相邻动力顶板支架施加的可调支撑压力中的时间上相似的变化来检测顶板坍塌事件。

关联申请的交叉引用

本申请要求于2015年6月15日提交的申请号为62/175,691的美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本申请。

背景技术

本发明的实施例涉及用于在地下长壁开采环境中监测顶板稳定性的系统和方法。当长壁开采系统的采煤机沿着机器的长度来回移动时，动力顶板支架(PRS)在采煤机上方支撑矿井顶板。随着开采系统向前进入煤层，矿井顶板在动力顶板支架后方失效并坍塌。但是，在矿井顶板坍塌之前，通过矿井顶板的重量施加在PRS上的负荷可能会给开采设备以及矿井内的工人带来潜在的危险状况。

发明内容

本发明的各种实施例提供了用于在地下长壁开采环境中监测顶板稳定性的方法和系统。在一个系统中，从开采系统接收动力顶板支架压力数据和长壁采煤机位置数据，并随着时间来绘制这些数据，其中用颜色表示压力，从而生成压力示意图(例如，“热点图(heat map)”)，该压力示意图表示顶板施加在PRS单元的整个系统上的压力量。用颜色梯度使跨过长壁的顶板压力变化可视化，并且表示采煤机在开采系统上的位置的线叠加在该压力示意图上。这种绘图方法允许矿井操作员观察何时和何地发生了顶板坍塌，并调整他们的开采目标和操作以匹配所观察到的矿井顶板状况。

在一个实施例中，本发明提供了一种包括多个动力顶板支架和电子控制单元的长壁开采系统。每个动力顶板支架包括被配置为在矿井顶板上施加可调支撑压力的可控液压活塞。电子控制单元被配置为从每个动力顶板支架接收指示每个相应可控液压活塞内的流体压力的数据，并且基于在一段时间内接收到的数据的变化来监测矿井顶板的状况。

在另一个实施例中，本发明提供了一种使用长壁开采系统监测矿井顶板状况的方法。操作多个沿采矿工作面连续布置的动力顶板支架，以在矿井顶板上施加可调支撑压力。操作采煤机移动穿过所述采矿工作面并切入所述采矿工作面。从所述多个动力顶板支架中的每个动力顶板支架接收数据，所述数据指示由每个相应的动力顶板支架施加到所述矿井顶板的可调支撑压力。然后基于从每个动力顶板支架接收的数据来生成图形化压力示意图。所述图形化压力示意图包括：多条平行显示线，每条平行显示线均提供在所述一段时间内由所述多个动力顶板支架中的不同的一个动力顶板支架施加到所述矿井顶板的可调支撑压力的指示；和采煤机位置线，所述采煤机位置线指示在所述一段时间内的所述采煤机相对于所述多个动力顶板支架的位置，所述采煤机位置线覆盖在所述多条平行显示线上。基于在所述图形化压力示意图中显示的所述可调支撑压力的变化来监测所述矿井顶板的状况。在一些实施例中，通过检测指示矿井顶板坍塌事件的多个相邻动力顶板支架施加到顶板的可调支撑压力的时间上类似的变化来监测矿井顶板的状况。在其他实施例中，基于监测到的所述矿井顶板的状况来调整长壁开采系统的操作。