[发明专利]煤矿井下工作面矿压预测预警系统及方法

摘要

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。

主权项

1.一种煤矿井下工作面矿压预测预警方法，使用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；其特征在于包括如下步骤：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；c．工作面开采过程中，监测模块与预测预警模块实时共享支架工作阻力数据和立柱下缩量数据；处理单元实时比较支架立柱单循环下缩量、支架工作阻力与设定值之间的关系，当连续多个支架立柱单循环下缩量超过设定值X(mm)时，或是超过70%数量比例工作面支架的工作阻力大于设定值Y（MPa）时，预测预警模块的输出单元将自动以警示灯和压力报告的形式给出工作面的来压预警信息，即实现工作面回采过程中的即时预警；d. 根据工作面来压强度的预警信息，即步骤b和步骤c中给出的压力报告预警信息，通过调取大数据资料库资料，自主匹配并给出包括工作面推进速度、支护强度、合理位置的顶板改性弱化措施、局部补强、强矿压灾害的防治对策及建议，以便于现场采取措施进行合理的矿压控制；e．每一次的预测预警信息都由存储单元及时储存并上传云端，可随时调取输出，同时，把信息归类至大数据资料库以不断丰富资料库，从而提高预警准确性。