[发明专利]一种用于综采工作面围岩自适应支护的液压支架智能控制方法

说明书

本发明公开了一种用于综采工作面围岩自适应支护的液压支架智能控制方法。针对液压支架固定结构的适应性无法满足围岩动态支护需求的问题，首先将原来固定的、对液压支架适应性有决定影响的参数值通过调节装置设为可调的（包括立柱柱窝位置、安全阀开启值等），随后通过这些调节装置自适应控制液压支架支护强度、刚度及稳定性，提升液压支架适应外部围岩条件的能力。根据围岩动态变化，以可变压力安全阀开启值、初撑力、顶梁柱窝位置等为控制输入变量，自适应调整液压支架支护强度和刚度，以立柱、平衡千斤顶等为控制输入变量，自适应调整液压支架稳定性。该方法可大幅增强支护系统的适应性、灵活性，有效解决复杂开采条件下工作面围岩控制难题。

技术领域

本发明涉及一种采煤工作面液压支架智能控制方法，具体是通过增加并自动调节液压支架关键结构参数及动力参数，从而自适应调节液压支架支护强度、刚度及稳定性以满足围岩动态支护需求的智能控制方法。

背景技术

液压支架是井工煤矿综合机械化开采的核心装备之一，主要用于形成工作面作业空间、推动成套装备前移。在生产过程中，液压支架与工作面围岩（由顶板、煤壁、底板及采空区矸石构成，属非均质、不连续、不稳定力学结构）直接接触，承受着巨大的矿山压力和强烈冲击载荷，其能否适应围岩特征及其动态变化对于保障生产人员及设备的安全至关重要。

目前，液压支架主要以两柱式及四柱式掩护式架型为主，除立柱、平衡千斤顶等动力部件外，其他均为结构件；支架本身的可控参量少，基本没有调整空间，适应范围有限；其对围岩的适应性好坏主要取决于基于围岩地质信息的液压支架结构设计。一旦结构参数确定，其支护强度、适应采高、合力作用点适应范围等特性都无法再行调整。动力部件只是用于生产过程中的高度、顶梁角度调整及推动设备前移等动作，而无法改变液压支架固有的支护特性。

随着煤矿开采深度的增加，地质环境更加复杂，断层构造、强烈矿压冲击频发；同时，工作面采高也在不断加大，开采强扰动带来的围岩活动加剧，这些都对工作面支护系统的适应性、可靠性提出了更高的要求。单纯依靠结构设计和优化参数来提升支架适应性已经无法覆盖围岩动态变化所需的支护特性范围。因此，必须创新液压支架结构，将原来固定的、对支架适应性有决定影响的参数值通过调节装置设为可调的（包括立柱柱窝位置、安全阀开启值等），并提出能够依据围岩需求自动设定可调节参数的智能控制方法，才能大幅提升支架的适应能力，满足井下生产要求。

专利201010231729.1从围岩的运移规律出发，建立支架与围岩关系耦合模型，将工作围岩与支架作为一个整体力学系统进行支护结构和参数的三维动态设计；实现了液压支架结构参数与特定围岩条件的最佳匹配；专利201410453597.5基于支架与围岩刚度耦合、强度耦合和稳定性耦合关系，提出了一种支架适应性的评价方法，对特定的液压支架结构及参数是否适应某一围岩条件作出评判。上述两个专利回答了液压支架结构是否适应围岩以及如何适应围岩的问题，是针对液压支架确定结构的事前优化和事后评价，并未提出通过结构变化和智能控制提升液压支架围岩适应能力的方法。专利201410341867.3发明了一种智能耦合型两柱掩护式特大采高液压支架，具体包括液体支架本体、各类传感元件及控制器，提出了智能型液压支架的结构组成和功能描述，但仍然是基于液压支架固定结构，且智能控制也是指生产过程中推动采煤机、刮板输送机等装备前进且与之协调联动的控制功能，而不是对围岩的自适应响应。

发明内容

本发明针对液压支架固定结构的适应性无法满足围岩动态支护需求的问题，将原来固定的、对支架适应性有决定影响的值通过调节装置设为可调的，在此基础上提出一种用于综采工作面围岩自适应支护的液压支架智能控制方法，解决复杂开采条件下工作面围岩控制难题。

为实现上述目的，本发明方法采用如下技术方案。