基于煤层地理信息系统放煤方法与流程

本发明属于综放工作面自动控制技术领域，尤其涉及一种基于煤层地理信息系统的放煤方法。

背景技术：

综放开采是针对厚煤层和特厚煤层的一种机械化开采方法，消除了采煤机采高等因素制约，现阶段该方法配套装备已经较为成熟，但可实现自动化、智能化的放煤方法还亟需完善，放煤结果受多方面条件限制，在放煤过程中根据现场条件如何选择最有效的放煤参数是实现放顶煤开采高产高效的主要问题。现阶段放煤参数的设置主要是根据历史数据进行判断，在放煤过程中对复杂多变的煤层只能执行单一的放煤参数，如：放煤步距、放煤口参数等，如果煤层条件，尤其是煤层厚度发生较大变化，顶煤放出率和混矸程度都会在放该段煤层时发生较大改变。单一放煤参数放煤操作简单，但对地形条件变化不敏感，要想实现高顶煤放出率和低混矸程度就必须适应煤层条件，因此不能很好的适用于煤层厚度发生变化的工作面。

技术实现要素：

发明目的：为了克服单一放煤参数放煤在煤层厚度发生变化的工作面使用的不足，本发明提出一种基于煤层地理信息系统(gis)放煤方法，以达到使放煤参数可实时跟随煤层变化而变化。工作面煤层地理信息系统将工作面地理、地质以及环境信息测量出来，为实现基于煤层地理信息系统放煤方法提供数据支持。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于煤层地理信息系统放煤方法，包括：建立采煤机、放顶煤液压支架与刮板输送机的三机配套关联模型；以此模型为基础，利用已建立的工作面煤层地理信息系统数据，构建以放煤步距、放煤口参数为控制参数的工作面空间煤流控制方法，根据采煤机定位技术与三机空间位置关系，确定各设备所处的位置，根据放煤支架所处位置与已建立的工作面煤层地理信息系统数据，确定放煤参数，从而控制放煤参数可以根据煤层厚度变化自行调整。具体实现步骤如下：

(1)根据综放工作面采煤机、液压支架和刮板输送机三机技术参数、位置及工艺关系，建立采煤机滚筒截割深度、刮板推移距离和液压支架后尾梁姿态关联模型；在综放工作面建立煤矸识别系统和煤流量检测系统实时检测后刮板的落煤情况；

(2)利用钻探、巷探以及物探数据建立工作面煤层地理信息系统，沿着工作面推进方向的垂直方向，在一个放煤步距长度内的煤岩分布中均匀设置n个截面，在截面上得到沿重力加速度方向的煤岩分布状况图；

(3)利用获取的煤岩分布状况图确定放煤控制参数，包括放煤步距、放煤口参数；根据历史放煤数据库信息确定首次放煤控制参数；所述放煤口参数包括液压支架后尾梁倾角、放煤轮数、放煤间隔；

(4)采煤机完成若干刀后随着刮板输送机被前推，放顶煤液压支架后尾梁打开并开始放煤，煤矸识别系统实时检测放出顶煤的混矸程度，即检测顶煤含矸率及顶板属性，煤流量检测系统监测顶煤放出量，当完成本轮放煤后形成本轮放煤记录，包括含矸率和顶煤放出率记录；

(5)获取新的煤岩分布状况图，若放煤记录数据满足预期，继续按照上一轮放煤控制参数进行放煤；若放煤记录数据不满足预期，根据上一轮的放煤记录对放煤控制参数进行修正并继续放煤；

(6)重复执行步骤(4)-(5)，直到该工作面煤层全部采放完成，实现在复杂多变的工作面煤层分布时减少夹矸和丢煤。

进一步地，所述步骤(2)，利用钻探、巷探以及物探数据建立工作面煤层地理信息系统，具体如下：

工作面煤层地理信息系统以工作面煤层底板开采起始位置处为坐标原点，x轴的方向沿工作面方向，y轴沿工作面回采方向，z轴的方向与重力加速度的方向相反指向朝上；工作面煤层地理信息系统由综放工作面煤层、直接顶和顶板的分布走向构成；沿着工作面推进方向的垂直方向，在一个放煤步距长度内的煤岩分布中均匀设置n个截面，在截面上得到沿重力加速度方向的煤岩分布状况图。

进一步地，所述步骤(3)，确定放煤步距，使放煤前放煤口煤矸分界线落后于尾梁下部边界，确定放煤口参数以达到期望的顶煤采出率。

进一步地，所述步骤(5)，对放煤控制参数进行修正，具体如下：调整放煤步距，改变滚筒截割深度，调整拉架距离；调整放煤口参数，根据采高改变采放比，减小煤矸分界线的整体斜率，改变放顶煤液压支架后尾梁倾角。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：

本发明根据所建立的三机配套关联模型与工作面煤层地理信息系统配合，提出了以放煤步距、放煤口参数为控制参数的工作面空间煤流控制方法，利用此方法可以获得高顶煤放出率和低混矸程度。根据煤矸识别系统和煤流量检测系统的落煤信息，确定了需要对放煤参数进行调整的范围。利用采煤机滚筒截割深度、刮板推移距离和液压支架后尾梁姿态关联模型，对放煤参数进一步优化修正，从而控制放煤方法可以根据煤层厚度变化自行调整，使综放工艺的应用适应性更强。该方法将煤层地理信息系统、煤矸识别、煤流量检测以及综放工艺有效结合，提出了实时修改放煤参数的思路。该方法思路简单，运行可靠，能适应复杂多变的工作面煤层分布，减少丢煤和过夹矸的现象，有效推动放顶煤技术智能化的进程。

附图说明

图1是本发明的放煤方法工作流程示意图；

图2是本发明的工作面煤层地理信息系统示意图；

其中，1-煤层；2-直接顶；3-顶板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的一种基于煤层地理信息系统放煤方法，建立采煤机、放顶煤液压支架与刮板输送机三机技术参数、位置及工艺关系；以此关系为基础，建立采煤机滚筒截割深度、刮板推移距离和液压支架后尾梁姿态关联模型，利用已建立的工作面煤层地理信息系统数据，构建以放煤步距、放煤口参数为控制参数的工作面空间煤流控制方法，根据采煤机定位技术与三机空间位置关系，确定各设备所处的位置，根据放煤支架所处位置与已建立的工作面煤层地理信息系统数据，确定放煤参数，从而控制放煤方法可以根据煤层厚度变化自行调整。工作流程如图1所示，具体实现步骤如下：

(1)根据综放工作面采煤机、液压支架和刮板输送机三机技术参数、位置及工艺关系，建立采煤机滚筒截割深度、刮板推移距离和液压支架后尾梁姿态关联模型；在综放工作面建立煤矸识别系统和煤流量检测系统实时检测后刮板的落煤情况。

(2)利用钻探、巷探以及物探数据建立工作面煤层地理信息系统，工作面煤层地理信息系统以工作面煤层底板开采起始位置处为坐标原点，x轴的方向沿工作面方向，y轴沿工作面回采方向，z轴的方向与重力加速度的方向相反指向朝上；工作面煤层地理信息系统由综放工作面煤层1、直接顶2和顶板3的分布走向构成，如图2所示；沿着工作面推进方向的垂直方向，在一个放煤步距长度内的煤岩分布中均匀设置n个截面，在截面上得到沿重力加速度方向的煤岩分布状况图。

(3)利用获取的煤岩分布状况图确定放煤控制参数，包括放煤步距、放煤口参数；根据历史放煤数据库信息确定首次放煤控制参数；所述放煤口参数包括液压支架后尾梁倾角、放煤轮数、放煤间隔；采取合理的放煤步距，使放煤前放煤口煤矸分界线落后于尾梁下部边界，采取合理的放煤口参数以达到期望的顶煤采出率。

(4)采煤机完成若干刀后随着刮板输送机被前推，放顶煤液压支架后尾梁打开并开始放煤，煤矸识别系统实时检测放出顶煤的混矸程度，即检测顶煤含矸率及顶板属性，煤流量检测系统监测顶煤放出量，当完成本轮放煤后形成本轮放煤记录，包括含矸率和顶煤放出率记录。

(5)获取新的煤岩分布状况图，若放煤记录数据满足预期，继续按照上一轮放煤控制参数进行放煤；若放煤记录数据不满足预期，根据上一轮的放煤记录对放煤控制参数进行修正并继续放煤；其中，对放煤控制参数进行修正，具体如下：调整放煤步距，改变滚筒截割深度，调整拉架距离；调整放煤口参数，根据采高改变采放比，减小煤矸分界线的整体斜率，改变放顶煤液压支架后尾梁倾角。

(6)重复执行步骤(4)-(5)，直到该工作面煤层全部采放完成，实现在复杂多变的工作面煤层分布减少夹矸和丢煤。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。