CN103790628B - 一种综采工作面顶板灾害预警评价方法 - Google Patents

Abstract

一种综采工作面顶板灾害预警评价方法，将综采工作面顶板灾害等级分为安全、较危险、危险三类；建立了评价指标，评价指标包括初撑力p₀、增阻比率Δp^b、工作面推进速度v、来压步距Pe和安全阀开启比例k；初撑力基准指标为p₁和p₂，增阻比率基准指标为γ₁和γ₂，来压步距基准指标为P₁和P₂，工作面推进速度基准指标为v₁和v₂，安全开启比例基准指标为k₁和k₂；基准指标p₁和p₂，γ₁和γ₂，P₁和P₂，v₁和v₂，k₁和k₂的值均通过对试验综采工作面开采数据分析统计获得；当任一项评价指标对应灾害等级为危险时，所述综采工作面顶板灾害等级即为危险。本发明提供的预警评价方法科学有效，准确性高，且便于生产技术人员及时有效的提出解危措施，避免顶板灾害造成的损失和危害。

Description

一种综采工作面顶板灾害预警评价方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿顶板灾害评价方法，特别是涉及一种综采工作面顶板灾害预警评价方法。

背景技术

煤矿灾害中，顶板事故无论对于生产矿井还是基建矿井都是多发性的事故，对矿井的安全生产、建设危害性极大。针对越来越多的顶板灾害事故，矿压监测***或顶板监测***也逐渐得到了越来越广泛的应用。但实际上，随着近年来我国煤矿整合力度加大，无支护或支护质量差的小煤矿迅速减少，但顶板事故发生的频率依然保持高位。这主要存在以下几个方面原因：一是高强度回采工作面越来越多，许多煤矿企业在条件允许的情况下，都采用大采高超长工作面和超大推进距离开采技术，使得工作面顶板垮落规律与传统开采方法下的矿压规律相比发生明显变化；二是西部浅埋深煤层开采矿井、开采工作面比重越来越大，浅埋深厚煤层开采所呈现出来的矿压规律还缺乏较***深入的研究。

基于以上原因，顶板监测工作被迫日益向***化、密集化发展，力求通过大范围、高密度、高数字化监测来实现对顶板灾害的准确预测预防，但实际上，由于顶板灾害的发生与顶板位移、应力变化不是简单的线性关系，所以，通过直接的监测预测预防顶板灾害的发生虽然具有极好的实时性，但准确性却较差，目前顶板事故频发，顶板灾害依然是煤矿生产中几种主要灾害之一就是有力的证明，并且由于顶板灾害包括了压架、切顶、冒顶和顶板来压冲击等具体类型，仅仅依靠监测仪器监测还无法对灾害类型进行有效区分，并对制定解危措施提供及时的指导。

如果想在对顶板灾害预测预防实现突破，顶板灾害预测预防工作则不应仅仅限于依靠监测仪器的直接监测，虽然监测仪器在不断升级，而应通过科学评价方法结合监测手段来开展。评价方法要做到科学准确，核心还是要建立一套科学的评价体系，其中包括灾害等级分类、评价指标及基准值的确定方法。

发明内容

本发明提供了一种综采工作面顶板灾害预警评价方法，解决了目前综采工作面顶板灾害预警准确性差、解危不及时、有效性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种综采工作面顶板灾害预警评价方法，将综采工作面顶板灾害等级分为安全、较危险、危险三类；建立了评价指标，所述评价指标包括初撑力p₀、增阻比率Δp^b、工作面推进速度v、来压步距Pe和安全阀开启比例k；所述初撑力p₀、增阻比率Δp^b和来压步距Pe均基于综采工作面液压支架移架循环周期，建立数学模型获得；所述安全阀开启比例k根据监测仪器提供的监测信息获得，所述监测仪器为安装于所述综采工作面液压支架上的应力监测设备；所述工作面推进速度v按所述综采工作面开采实际情况确定；所述初撑力基准指标为p₁和p₂，所述增阻比率基准指标为和γ₂，所述来压步距基准指标为P₁和P₂，所述工作面推进速度基准指标为v₁和v₂，所述安全开启比例基准指标为k₁和k₂；所述基准指标p₁和p₂，和γ₂，P₁和P₂，v₁和v₂，k₁和k₂的值均通过对试验综采工作面开采数据分析统计获得；根据所述各项评价指标判断顶板灾害等级的判据如下表所示：

当所述任一项评价指标对应灾害等级为危险时，所述综采工作面顶板灾害等级即为危险。

在上述预警评价方法中，评价指标还包括液压支架前后柱不均衡性dp，所述液压支架前后柱不均衡性dp由下面计算公式得到：

其中，p_前、p_后、p_H分别为所述液压支架前柱、后柱工作阻力和所述液压支架额定工作阻力；

所述前后柱不均衡性dp根据监测仪器提供的监测信息获得，所述监测仪器为安装于所述综采工作面液压支架上的应力监测设备，所述前后柱不均衡性基准指标为α和β，所述基准指标α和β均通过对试验综采工作面开采数据分析统计获得；所采用的判据如下表所示：

在上述预警评价方法中，计算所述增阻比率的数学模型为：

${\mathrm{\Δp}}^b=\frac{\begin{array}{cc}{p}_m& p_0\end{array}}{{\mathrm{Tp}}_H}$

其中，p_m为所述综采工作面液压支架末阻力，p₀为所述综采工作面液压支架初阻力，T为一次循环时间，p_H为所述综采工作面液压支架额定工作阻力。

在上述预警评价方法中，来压步距是通过对比来压强度临界值p_t和工作面液压支架循环末阻力p_m大小来确定的，来压强度临界值p_t计算公式为：

$p_t=\stackrel{\‾}{p_t}+{\mathrm{\σ}}_p$

其中，为所述综采工作面液压支架各循环末阻力的平均值；σ_p循环末阻力平均值的均方差。

所述综采工作面液压支架循环末阻力p_m大于来压强度临界值p_t时，视为综采工作面发生周期来压，根据前后两个周期来压间隔时间内，综采工作面推进的距离计算得到来压步距P_e。

在上述预警评价方法，所述试验综采工作面的个数应不少于两个。

在上述预警评价方法中，在计算所述安全阀开启比例k时，选取的所述综采工作面液压支架的个数不少于总数的10％。

在上述预警评价方法中，在计算初撑力p₀、增阻比率Δp^b和前后柱不均衡性dp时，选取的所述综采工作面液压支架的个数不少于总数的10％，所获得的值是平均值。

在上述预警评价方法中，在计算所述来压步距Pe时，选取的所述综采工作面周期来压次数不少于三次，所获得的值是平均值。

在上述预警评价方法中，所述评价指标还包括任何两个安全阀开启支架间隔距离K_d、时间开启率K_t和循环开启率K_c。

所述时间开启率K_t是指一个开启循环内安全阀开启溢流的时间占总循环时间的百分比。所述循环开启率K_c是指安全阀溢流的循环占总观测循环数的百分比。

所述任何两个安全阀开启支架间隔距离K_d、时间开启率K_t和循环开启率K_c根据监测仪器提供的监测信息获得，所述监测仪器为安装于所述综采工作面液压支架上的应力监测设备。

所述任何两个安全阀开启支架间隔距离基准指标K_d1和K_d2，所述时间开启率基准指标K_t1和K_t2，所述循环开启率基准指标K_c1和K_c2均通过对试验综采工作面开采数据分析统计获得；所采用的判据如下表所示：

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

①本发明提供的综采工作面顶板灾害预警评价方法，由于采用了多项评价指标对顶板灾害危险程度进行评价分析，而所采用的评价指标基准值都是基于采矿理论及开采实践中所获得的统计数据，因此，本发明更具有科学性，更具准确性。

②本发明提供的综采工作面顶板灾害预警评价方法，由于对评价指标按照顶板灾害的具体划分进行了有针对性的选择，因此，本发明可以在预警的基础上，指导有关矿井生产技术人员针对不同评价指标所反映的具体灾害类型，及时有效的采取解危措施，避免顶板灾害造成的损失和危害。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是根据实施例中监测仪器监测的数据绘出的某架液压支架移架期间的工作阻力变化曲线。

图中附图标记表示为：1-纵轴(工作阻力/MPa)，2-横轴(时间/s)，3-液压支架工作阻力变化曲线，4-移架期间，5-初撑力点，6-末阻力点。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本实施例中，某煤矿开采工作面为综采放顶煤工作面。

在本实施例中，所述综采工作面液压支架共安装100架，额定工作阻力为40MPa。每5架所述综采工作面液压支架上布置一台监测仪器对液压支架移架期间的工作阻力进行实时监测，共监测20架。监测循环数为60个。

图1所示的是根据监测仪器监测数据绘出的某架液压支架移架期间的工作阻力变化曲线。

根据监测数据，20架监测液压支架各循环平均末阻力的平均值为26MPa，平均值的均方差为2.6MPa，来压强度临界值为28.6MPa。根据来压强度临界值判断，经过60个循环，综采工作面共推进60m，共发生周期来压3次，平均来压步距为18m。

在本实施例中，用于计算基准指标值的试验工作面为3个，经统计分析得到初撑力p₀、增阻比率Δp^b、工作面推进速度v、来压步距P_e和安全阀开启比例k各基准指标值如下表所示。

根据监测的循环数据，计算得到20架监测的所述液压支架各循环平均初撑力的平均值为16.8MPa。

根据公式和监测的循环数据，计算得到20架监测液压支架各循环平均增阻比率的平均值为8％。

根据监测的循环数据，对监测的20架所述液压支架安全阀开启比例k进行统计，各架各循环开启比例的平均值为19％。

根据实测，开采中综采工作面推进速度平均为4m/天。

将计算得到的所述初撑力p₀、增阻比率Δp^b、工作面推进速度v、来压步距P_e和安全阀开启比例k，与统计得到的各评价指标基准值进行比较，可以得到：p₂＞p₀，Δp^b≤γ₁，v₁＞v≤v₂，P₁＜P_e≤P₂，k＞k₂。

对照评价判据表，所述初撑力p₀和安全阀开启比例k两个评价指标对应的顶板灾害等级都是危险，工作面推进速度v和来压步距P_e两个评价指标对应的顶板灾害等级为较危险，只有增阻比率Δp^b对应的顶板灾害等级为安全。据此得出，在本实施例中，所述综采工作面顶板灾害等级为危险。

结合具体评价指标值，可以直观判断得出，所述顶板灾害具体表现为压架和冒顶，因此，应注意所述综采工作面顶板或顶煤完整性的维护，并增大液压支架的初撑力p₀。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种综采工作面顶板灾害预警评价方法，其特征在于：

将综采工作面顶板灾害等级分为安全、较危险、危险三类；

建立了评价指标，所述评价指标包括初撑力p₀、增阻比率Δp^b、工作面推进速度v、来压步距Pe和安全阀开启比例k；

所述初撑力p₀、增阻比率Δp^b和来压步距P_e均基于综采工作面液压支架移架循环周期，建立数学模型获得；

所述安全阀开启比例k根据监测仪器提供的监测信息获得，所述监测仪器为安装于所述综采工作面液压支架上的应力监测设备；

所述工作面推进速度v按所述综采工作面开采实际情况确定；

所述初撑力基准指标为p₁和p₂，所述增阻比率基准指标为γ₁和γ₂，所述来压步距基准指标为P₁和P₂，所述工作面推进速度基准指标为v₁和v₂，所述安全阀开启比例基准指标为k₁和k₂；

所述基准指标p₁和p₂，γ₁和γ₂，P₁和P₂，v₁和v₂，k₁和k₂的值均通过对试验综采工作面开采数据分析统计获得；

根据所述各项评价指标判断顶板灾害等级的判据如下表所示：

当所述任一项评价指标对应灾害等级为危险时，所述综采工作面顶板灾害等级即为危险。

计算所述增阻比率的数学模型为：

${\mathrm{\Δp}}^b=\frac{p_m-p_0}{{\mathrm{Tp}}_H}$

其中，p_m为所述综采工作面液压支架末阻力，p₀为所述综采工作面液压支架初阻力，T为一次循环时间，p_H为所述综采工作面液压支架额定工作阻力。

2.根据权利要求1所述的预警评价方法，其特征在于：评价指标还包括液压支架前后柱不均衡性dp，所述液压支架前后柱不均衡性dp由下面计算公式得到：

其中，p_前、p_后、p_H分别为所述液压支架前柱、后柱工作阻力和所述液压支架额定工作阻力；

所述前后柱不均衡性dp根据监测仪器提供的监测信息获得，所述监测仪器为安装于所述综采工作面液压支架上的应力监测设备，所述前后柱不均衡性基准指标为α和β，所述基准指标α和β均通过对试验综采工作面开采数据分析统计获得；所采用的判据如下表所示：

3.根据权利要求2所述的预警评价方法，其特征在于：所述来压步距P_e是通过对比来压强度临界值p_t和工作面液压支架循环末阻力p_m大小来确定的，来压强度临界值p_t计算公式为：

$p_t=\stackrel{\‾}{p_t}+{\mathrm{\σ}}_p$

其中，为所述综采工作面液压支架各循环末阻力的平均值，σ_p循环末阻力平均值的均方差；

所述综采工作面液压支架循环末阻力p_m大于来压强度临界值p_t时，视为综采工作面发生周期来压，根据前后两个周期来压间隔时间内，综采工作面推进的距离计算得到来压步距P_e。

4.根据权利要求3所述的预警评价方法，其特征在于：所述试验综采工作面的个数应不少于两个。

5.根据权利要求4所述的预警评价方法，其特征在于：在计算所述安全阀开启比例k时，选取的所述综采工作面液压支架的个数不少于总数的10％。

6.根据权利要求5所述的预警评价方法，其特征在于：在计算初撑力p₀、增阻比率Δp^b和前后柱不均衡性dp时，选取的所述综采工作面液压支架的个数不少于总数的10％，所获得的值是平均值。

7.根据权利要求6所述的预警评价方法，其特征在于：在计算所述来压步距P_e时，选取的所述综采工作面周期来压次数不少于三次，所获得的值是平均值。