采矿工程—开题报告

Henan Polytechnic University

硕士专业学位研究生 学位论文开题报告

培养学院 能源科学与工程学院 姓 名 周 侃 学 号 211102020014 学科专业 矿业工程 ＿ 学校导师 单志勇(教授) 企业导师 单志勇(教授) 填表日期 2012年10月22日

河南理工大学研究生处制

（封二）

报 告 说 明

1. 本报告适用于全日制硕士专业学位研究生和在职工程硕士专业学位研究生。

2. 报告内容一般应包含以下几个方面：选题依据、国内外研究现状、 研究内容、新思路或新见解及技术路线等，字数不少于3千字，并具有一定数量的外文资料。

3. 列出主要参考文献，以“报告内容”中出现先后为序进行编号，且编号与“报告内容”中标注一致。

4. 撰写格式参阅《河南理工大学研究生学位论文撰写规范》。 5.开题报告应在第三学期期中之前完成。

6. 本报告是学位评定材料之一，填写要认真。报告内容字体为五号宋体，A4纸打印。此报告经过导师和有关人员签字后，一式两份，交研究生工作秘书处汇总留存。

综采面液压支架伺服系统监测数据处理软件的研究与

应用

一、选题依据

煤炭作为我国的基础能源和重要工业原料，在国民经济中占有极其重要的战略地位，2009 年我国煤炭总产量达到29.1 亿吨，如果考虑煤炭进口量，我国煤炭供给总量将达到30 亿吨以上。煤炭的开发和利用，是发展国民经济和保障人民生活的重要物质基础

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【3】

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。

在煤炭工业生产过程中，由于生产环境恶劣，生产过程复杂，同时受到地下水、瓦斯、煤尘和冒顶、底鼓等多种灾害的威胁，从而使煤矿安全问题成为一个最受关注的问题，是一个比其他行业更重要、更复杂、更难解决的问题。我国历来重视煤炭企业的煤矿安全工作，制定了一整套煤矿安全生产法规，并建立了较为完善的煤矿安全管理机构，投入了大量资金进行煤矿安全设备和仪表的研制、配套安全技术的开发推广应用工作，使煤矿安全生产条件得到了很大的改善，煤矿事故发生率基本呈下降趋势，保证了煤炭产量的持续、稳定增长。

顶板事故是煤矿五大灾害之一，全国煤矿顶板事故的发生次数与死亡总人数在煤矿各类事故中所占的比重一直居高不下。据国家有关部门统计，我国煤矿发生顶板死亡事故占煤矿死亡事故的40%-50%，其中80%发生在采场，工作面来压期间发生顶板事故的比率占顶板事故77.4%。由此可见，加强对顶板工作面活动的观测，及时预报顶板的来压对煤矿安全生产具有非常重要的现实意义。

从最近来看，顶板事故的发生也一直是煤矿工业中主要事故。根据安徽煤矿安全监察局淮南监察分局公布的2001~2007 年淮南矿区煤矿各类事故起数、死亡人数统计表中，这七年间共发生各类矿山事故177 起，死亡223 人，其中顶板事故78 起，死亡83 人，顶板事故发生占66.7%，死亡人数占总人数的37.2%；湖北宜昌市全市近五年发生的煤矿事故中有六成皆因“顶板”造成

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[4]

。

1987 年原煤炭工业部颁发的《煤炭工业技术政策》第39 条中规定：“各矿区对采煤工作面和井巷进行矿压观测，根据岩层性质、顶板压力、顶板下沉量和下沉速度、放顶步距、周期来压等数据，逐步摸清本矿区的矿压规律，制定本矿区的顶板分类标准。作为采区设计、巷道布置、设备选型、支护设计、顶板控制的依据。”这也充分表明了顶板在整个采矿工业生产过程中的重要性

【9】

[8]

。

国外一些采矿技术比较先进的国家，如美国、前苏联、波兰等很早就采用微震法、超声波探测法和钻屑法等来监测冲击地压

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。我国自上世纪60 年代起在顶板的观测和顶板活动

预报方面也开展了大量的研究工作，这些研究成果把我国矿山压力及顶板活动预测预报技术

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推进到国际领先水平

【11】

。

我国是世界上从事采矿最早的国家之一。明代末年所出的《天工开物》一书中，已具体地记述了用立井开采及在井下进行支护的情况。也就是说，那时人们对矿山压力及控制已经有了初步认识。欧洲国家对矿山压力的认识开始于15世纪。19世纪后期到20世纪，开始利用简单力学原理解释出现的一些矿山压力现象，有代表性的是提出“压力拱假说”和岩石坚固性系数。20世纪30年代到50年代，使用弹性理论研究矿山压力问题。矿山压力控制手段也取得一些突破，出现拱形可缩性金属支架、摩擦式金属支柱、锚杆支架和自移式液压支架。

自20世纪50年代，矿山压力的理论研究与工程实践两个方面都取得了长足的进展，主要包括采煤工作面围岩控制和巷道围岩控制。

近年来，矿山压力观测仪的研制成功和投入使用为获得煤矿顶板压力数据提供了途径，但是矿山压力观测仪作为一个独立的观测仪器需要有专门的人员定时现场观测，我们仅能从仪表上获得顶板离层的历史数据，不能做到实时监控，对于突发的顶板事故，仪表的声、光报警也只能作用于很小的范围，这必然造成对于某处顶板离层的突变或突变的征兆我们无法及时获知，不利于我们进一步发现和消除事故隐患

【12】

。

实际上目前制约煤矿顶板来压预测效果的最大问题应该是无法获得实时的、全面的监测数据，不能为分析和决策提供足够的依据，如果能够得到全面的、实时的监测数据，将会有助于将我国矿山压力及顶板活动预测预报技术推进到一个更高的高度

【13】

。

山西煤炭进出口集团公司凌志达煤业有限公司井田内有3#、15#两个可采煤层，属沁水煤田，3#、15#煤层平均厚度4.2m，倾角3—5度，属近水平煤层。现采3#煤层资源已尽枯竭，2010年底3#煤层可采储量仅为19万吨；15#煤层保有储量9064万吨（未开采），可采储量5350万吨。为了解决凌志达煤矿采掘接替紧张局面，保证生产的正常进行，现准备对井田内的15#煤层进行开采。15101综采工作面为凌志达煤业15#煤层首采工作面，该工作面采煤方法为一次采全高、全部垮落、后退式、综合机械化采煤法开采，工作面倾斜长175m，走向长度1500m,煤层平均厚度4.22m，属于近水平煤层。根据矿井地质报告可知，15#煤层综采工作面老顶为K2灰岩，厚度约为8.5m，致密坚硬，虽然有节理、裂隙发育，但整体性仍较好，自稳能力强，在井田内该岩层特别稳定，属坚硬顶板，在开采过程中大面积来压时对支架有冲击。为了安全开采，结合临近矿井开采15#煤层时工作面的经验，对15101综采工作面顶板采用开切眼深孔预裂的弱化处理方法。为了确保首采工作面的顺利进行，弄清工作面矿压显现规律及关键参数，为后续工作面的设计、巷道布置、设备选型，回采巷道支护设计，顶板控制等提供合理的依据，对15101综采工作面进行顶板压力的在线监测和研究是很有必要意义的

【14】

。

- 2 -

受采动影响下的岩层稳定性问题是极为复杂的力学问题。岩层的破坏往往是多种因素相互作用的结果，人们观察到的岩层变形破坏状态是多种因素作用表现出来的综合现象。在一定条件下顶板岩层变形破坏的机制是确定的，寻求这一机制的有效途径就是了解和分析顶板的变形破坏过程，这种研究方法为“过程分析”方法

【15】

。过程分析方法需要有一种有效的手

段来获取事物变化过程中的信息。现场监测是一种简单和极为有效的手段。

以往在对工作面的矿压进行监测的时候，主要是选取若干个液压支柱通过特定的压力监测仪器进行观察，只能对整个工作面的局部顶板进行监测，不能够完全掌握整个工作面的顶板受力情况，另一方面需要人员定时到井下进行采集，也存在着效率低、安全性差的问题。

基于此，本文对山西煤炭进出口集团公司凌志达煤业有限公司15#煤层15101首采工作面顶板压力进行了长期的实时监测，在收集了大量顶板压力数据的基础之上，研究开发了这款专门用来对大量的综采面液压支架数据进行图形化处理分析的软件，以帮助了解15#煤层在坚硬顶板下的矿压规律，摸清工作面初次来压步距、周期来压步距、来压强度、支架受力大小及受力状态，进行首采工作面矿压跟踪观测，为以后的工作面安全高效开采提供技术支持，对于我们以后进行综采面的顶板矿压分析也具有很重要的现实意义。

二、国内外研究现状

采煤工作面的顶板管理及矿压控制，历来是矿压研究领域的重点和难点

【16】

。世界各采

煤国家均在这方面进行了不懈的努力。随着科学技术的发展，世界上一些先进的采煤国家如美国、澳大利亚、英国、德国、南非、前苏联等，为了在解决矿压问题的同时提高综采成套设备的可靠性，相继发展了采煤工作面的矿压监测和自动化控制系统

[17]

。如80年代初英国推

出的磁带记录和数据回放MRD系统，法国夏沙公司研制了能对顶板运动速度进行实时声光报警的SYALEB系统等。到了80年代后期，英国采用了“INSITE”系统对液压支架进行工况监测。到了90年代，上述世界发达的采煤国家在工作面均配备了由德国DBT集团公司研制的世界最尖端而易于操作的PM4电液控制系统

[18]

，该系统既可保持每台设备最高的可靠性，又可通过

支架上的信息处理器实现工作面的全自动控制。国外先进采煤国家的生产实践表明，对工作面实行系统连续监测及自动化控制，是实现工作面高产高效的可靠保证

【19】

。

我国是一个采煤大国，地质条件复杂，技术发展不均衡，工人技术素质较低，生产管理水平不高，因此对工作面实行系统监测和分析处理是非常必要的

[20]

。

我国采煤工作面的矿压监测工作虽然起步较晚，但进展很快。自1988年中国矿业大学现场研究应用综采(单体)工作面支护质量与顶板动态监测以来，经历了试验应用、推广(1991年)和发展提高阶段，对工作面的安全生产和稳产高产起到了很大作用

【21】

。工作面监测的广

泛应用，推动了监测仪表发展，监测系统也有了很大的完善和提高。根据数据采集方式的不

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