[发明专利]煤矿井下工作面矿压预测预警系统及方法

说明书

一种煤矿井下工作面矿压预测预警系统及方法，属于煤炭开采领域，主要包括监测模块和预测预警模块。其基于矿压相关理论的计算公式和统计规律，对不同时段的工作面相关信息收集处理，预判工作面矿压强度和预测每次来压的位置与强度，实现工作面开采前的采前压力预警，工作面开采过程中的长时预警和即时预警，同时，基于后台大数据库资料，给出相应的强矿压灾害防治对策。该系统实现了综合机械化工作面来压位置和强度的全时段预测预报、来压动态预警，对支架选型、强矿压灾害防控及治理具有指导意义，保障工作面的安全高效开采。

技术领域

本发明是一种煤矿井下工作面矿压预测预警系统及方法，尤其适用于煤炭开采领域中综合机械化工作面开采初次来压和周期来压来压强度及来压位置的预判预警。

技术背景

煤矿井工开采过程中，工作面来压是影响煤矿安全高效生产的重要因素，提前预知工作面来压位置及来压强度对安全高效生产具有重要的指导意义。尽管周期来压具有一定的来压步距，但是受多种因素的影响，来压步距在一定范围内波动，来压强度亦存在差异。现代化采煤技术广泛使用机械化和智能化程度更高的工作面液压支护设备，具备压力监测、压力预警、和高度自动监测功能，但是其压力预警仅仅是就单个支架压力超过设定值而给出的，不能反映工作面的来压情况。

煤矿井下工作面压力预警系统及方法基于关键层判别矿压强度的理念和大数据统计规律，将地面钻孔全柱状信息、支架工作阻力、支架立柱下缩量等系统的纳入到对工作面来压强度及位置的预判，实现采前来压强度预警、长时预警和即时预警的全时段预警，同时，能够根据预测的来压结果，调取资料库信息，给出相应的防治措施，实现工作面安全高效开采。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种能够综合分析覆岩特征、开采参数、支架工作阻力与支架立柱下缩量的工作面来压预警系统及方法，预知和预报工作面来压信息，以便及时采取相应措施。

技术方案：本发明的煤矿井下工作面矿压预测预警系统，包括监测模块和预测预警模块，所述的监测模块包括设在综合机械化工作面液压支架上的压力传感器和立柱下缩量监测仪；用以监测液压支架工作阻力和液压支架立柱下缩量，所述的预测预警模块包括输入单元、处理单元、输出单元、存储单元，各部分之间通过有线网络连接；

所述的处理单元通过计算机编程对输入的信息进行处理判断，判断依据基于关键层理论和基于关键层判别矿压强度的相关公式，同时，将判断信息与大数据资料库进行匹配。

使用上述系统的煤矿井下工作面矿压预测预警方法，包括如下步骤：

a.工作面开采前，收集该工作面沿走向所有地面钻孔的柱状资料，将主采煤层至地表的钻孔全柱状岩层的基本信息、物理力学参数以及煤层采高输入预测预警模块的输入单元，由处理单元对地面钻孔柱状进行关键层位置判别，根据关键层位置的判别结果，再结合煤层采高、直接顶与各关键层赋存性质、各关键层与主采煤层的间距位置关系、沟谷地形地貌中关键层被侵蚀程度、上煤层遗留煤柱与下煤层工作面间距及位置对应关系，判别确定覆岩各关键层呈现悬臂梁或砌体梁的破断形式、影响工作面矿压的覆岩临界高度以及覆岩对工作面矿压的影响程度，据此，在工作面开采前预测工作面初次来压与周期来压位置及强度，自动实现工作面的采前来压预测，同时给出特定地质开采条件下工作面支架的合理选型；

b.工作面开采初期，输入单元及时获取监测模块反馈的工作面支架工作阻力曲线和现场来压显现情况，基于统计规律，分析支架的工作阻力曲线及来压步距特征，补充和校正采前来压预警，预测工作面下一次来压位置及动载系数，实现工作面回采过程中的长时预警；