矿压预测是实现综采工作面智能化的重要组成部分,具有广阔的应用场景。液压支架载荷是综采工作面覆岩运动的直接体现,其载荷峰值循环末阻力是判断顶板来压,开展煤矿顶板、水、火灾害防控的关键指标。本研究以预测循环末阻力的变化对矿压显现规律进行表征,形成一套基于区域化的支架数据质量优化方法,时空融合的顶板压力预测模型构建,以及多尺度部署的方法体系。实验结果表明结合了注意力机制的Conv1d+Bi-LSTM时空模型有效提取了液压支架的工况矩阵的特征信息,针对不同情况的数据优化方法提升了模型的预测精度,模型具有良好的鲁棒性与泛化性,可实现矿压的精确预测。多尺度的部署方法实现了模型灵活部署对实际预测有着重要意义。

小纪汗煤矿ZY12000/28/58D液压支架使用过程中出现了顶梁柱窝焊缝被压裂、掩护梁腹板焊缝开裂、立柱安全阀大范围泄压等现象,影响工作面正常推进。通过矿压观测及数值模拟,2号煤层大采高工作面支架工作阻力由12 000 kN调整为15 000 kN。通过分析原支架损坏的主要原因,ZY15000/28/58D液压支架在设计中提高了立柱抗冲击性,增大了平衡千斤顶缸径,在后续11215等大采高工作面使用中受力工况良好,未发生焊缝开裂、立柱泄压等现象,可有效支护工作面顶板、防止煤壁片帮,在小纪汗煤矿取得良好的使用效果。

针对大采高松软煤层容易造成片帮和冒顶等灾害,以竹林山煤矿1405工作面为工程背景,采用现场实测对大采高松软煤层工作面矿压显现规律进行分析研究。结果表明,1405工作面综采液压支架实测工作阻力普遍小于额定工作阻力值,综采液压支架的支护能力未能充分发挥。基本顶初次来压步距为28.1 m,来压动载系数为1.8。基本顶周期来压平均步距为17.3 m,来压动载系数平均为1.62。基本顶初次来压,基本顶第2、3、4、7、10周期来压时动载系数较大,其余来压时动载系数适中。

以巴彦高勒矿井11盘区311101首采工作面为研究对象,对工作面矿山压力显现规律进行研究,制定了现场实时监测方案,利用KJ653煤矿顶板动态监测系统对液压支架工作阻力进行监测。研究结果表明,工作面初次来压步距平均为94.55 m,周期来压步距平均为26.5 m;工作面中部支架的工作阻力明显高于两端支架的工作阻力且中部和两端矿压显现不同步;“见方”期间工作面液压支架压力明显增加,表明矿压显现剧烈,基本顶的周期来压步距小于正常推进时期。研究结果可为该盘区其他工作面的安全高效生产提供参考依据。

为进一步提升煤矿的生产的安全性和开采效率,根据煤矿地质、煤层等条件选择最佳采煤工艺尤为重要。以5401和1405综采工作面为例,在分析其地质及顶板情况的基础上,分别对大采高工艺和综放开采工艺下对应工作面覆岩结构、液压支架载荷以及来压特征等进行对比分析,为后期不同采煤工艺下顶板管理和围岩控制提供参考。

为研究槐树峁煤矿液压支架合理工作阻力及其适应性,采用理论分析的方法对ZY4800/11/24型液压支架支护强度进行验算,同时对一盘区1104工作面液压支架工作阻力进行现场实测,进而分析工作面支架适应性。研究结果表明:1104工作面实测初次来压步距为45~49 m,来压强度为35.1 MPa;周期来压步距为15.3~18.6 m,来压强度为33 MPa,对应支架载荷为3300 kN;工作面支架工作阻力呈中间大、两端小,工作面中部支架实测最大工作阻力3500 kN,理论计算支架合理工作阻力为4467 kN,支架工作状态较好。在4个阶段支架阻力均主要集中在中低阻力区,对应支架载荷为2900~3800 kN,这说明支架受力状态较为理想,支架选型合适,富余系数满足要求,现有支架能满足槐树峁煤矿一盘区后续工作面支护要求。