超长工作面围岩-液压支护系统动态耦合特征及其自适应控制原理

According to the need of differentiation and refinement supporting to the super long working face with partition rock breaking, it is studied firstly the dynamic evolution characteristics of long working face overburden partition breaking and give out of pressure and sinking change with the length of the working face. The surrounding rock – hydraulic support dynamic coupling model was built and an energy distribution coefficient of surrounding rock and hydraulic support under impact was presented. it is put forward of the energy distribution coefficient automatic adaptation principle for the trend of roof pressure variation of long work face. The support at various place was controlled to meet different control requirements. Based on adaptive support and time sequence of collaboration promotion, the three level control system “single control- group control - crowd control" was constructed and realizes the precise coordination control of the equipment. This project provides a new principle and method for better solving the supporting problem of surrounding rock in working face, and provides a theoretical basis for building intelligent mining system for super long face.

针对超长工作面覆岩分区破断带来的支护系统差异化、精细化控制需求，探究超长工作面覆岩分区破断动态演化特征，揭示工作面中部、两端头顶板压力及下沉量随工作面长度变化的尺度效应；构建“围岩-液压支架”耦合动力学模型，给出冲击载荷作用下围岩-液压支架冲击能量分配系数；提出自动适应超长工作面顶板变化趋势的能量分配系数调控原理，控制不同位置上的支架满足围岩动态支护需求；基于自适应支护及协同推进的时序关系构建支架群组“单机控制-组控制-群控制”三级控制体系，实现设备间的自动精准协同。本项目将为解决超长工作面围岩支护问题提供新的原理和方法，为构建超长工作面智能化开采系统提供理论基础。

针对超长工作面覆岩分区破断带来的支护系统差异化、精细化控制需求，本项目基于采集的超长工作面液压支架群组工作阻力数据和相关基础信息，建立了超长工作面顶板压力分布分析模型，阐明了超长工作面上覆岩层顶板压力沿工作面推进和倾向方向时空演化和破断特征、工作面端头和中部区域分区采动应力演化规律；开展了液压支架整架动载冲击试验，揭示了液压支架整架在高强度冲击载荷作用下的能量分配耗散特征，提出了基于能量分配特征的超长工作面顶板压力多区域控制策略；基于液压支架与围岩系统的强度、刚度、稳定性耦合原理，建立了超长工作面液压支架机-液-岩耦合动力学模型，分析了超长工作面液压支架与围岩耦合作用关系，提出了基于液压支架支护力（强度）、顶底板接触压力（刚度）和系统稳定性与围岩动态变化匹配曲线的支护系统参数自适应设计原理，构建了超长工作面液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合控制策略，对于有针对性地设计超长工作面液压系统支护参数提供了基础信息；基于超长工作面顶板压力分布分析模型，实现了基于聚类分析的超长工作面支护系统多区域分组，建立了超长工作面液压支架自适应与群组协同控制模型，开发了端头、超前液压支架与工作面系统的一体化控制算法，实现了超长工作面端头与超前区段、中部区段及割煤运输区段的多区域设备群差异化、精细化控制，对于超长工作面液压支护系统参数精细化设计及装备适应性控制具有重要意义；提出了超长工作面复杂条件下“感知-预测-决策”的智能化开采策略，建立了基于液压支架姿态的工作面开采态势可视化分析模型和工作面支架立柱压力迁移预测方法，为超长工作面装备实现自适应围岩动态变化提供了决策依据。本项目为解决超长工作面围岩支护问题提供了新的原理和方法，为构建超长工作面智能化开采系统提供了理论基础。