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论文以大唐龙王沟煤矿大采高综放智能化项目为工程依托,从分析大采高综放工作面液压支架与围岩顶煤耦合关系入手,应用随机散体介质流理论研究解析放顶煤工艺过程,提出综采放顶煤液压支架智能化放煤控制方法,对综放液压支架自适应控制系统进行研究,实现对支架的工作姿态、受力状态、支护质量和放煤工况等实时监测和智能耦合控制目标。 根据大唐龙王沟煤矿工作面煤层赋存条件,设计研制了ZFY18800/28/53D型两柱掩护式放顶煤液压支架,以本支架为模型,分析解析大采高放顶煤液压支架―围岩顶煤耦合关系,建立两柱大采高放顶煤液压支架与围岩顶煤的智能耦合模型,根据本液压支架在工作过程中常出现的姿态,推导出两柱放顶煤液压支架姿态调整算法公式,该算法可以准确的测算出液压支架在不同姿态下合力作用点的位置,解决了大采高放顶煤液压支架合力作用点位置始终难以确定的难题,液压支架支护质量智能监控和电液控制系统以该算法为基础,通过智能感知、智能决策和电液执行过程,实现液压支架姿态的自动调整,为放顶煤液压支架实现智能化控制奠定基础。 以放矿学理论为基础,结合综采放顶煤实际过程,采用随机介质放矿理论进行研究放顶煤过程,分别在采放比为1:1、1:2与1:3和放煤步距两刀一放的条件下对单轮顺序放煤、单轮间隔放煤、多轮顺序放煤、多轮间隔放煤和分段多窗口多轮放煤5种不同放煤方式进行数值模拟,确定在合理的采放比、放煤步距条件下的最佳放煤方式,实现高回收率、低含矸率的高效放煤目标。 提出两种自动化智能化放煤控制方式:一种方法是通过总结长期综放实践经验,制定了放顶煤时序控制与人工干预协调控制的自动化放煤控制机制,通过液压支架电液控制系统实现自动化放煤,这是一种实用高效的综放控制方法。针对放煤过程中出现过放状况和欠放问题,提出了基于果蝇优化算法和RBF混合算子的放顶煤时间预测方法。采用径向神经网络建立以开采深度、煤层强度、顶煤节理裂隙、夹矸层厚度等因素作为输入,以散体流动参数1122?,?,?,?,?,?为输出的神经网络模型,为提高神经网络的预测精度,采用果蝇优化算法对网络中的Spread进行优化;将煤块视为连续流动的随机介质,应用随机介质放矿理论,通过斜壁边界散体移动概率密度方程,建立以神经网络预测输出的散体流动参数为变量的放顶煤时间预测模型,最后通过实验对模型预测精度进行验证,该算法实现放顶煤时间变化的自适应,为综放液压支架实现放煤过程的智能化决策奠定了基础。 另一种方法是通过在支架尾梁上安装振动信号传感器,监测顶煤冒放过程,识别煤岩,智能决策放顶煤控制机制,通过液压支架电液控制系统实现智能化放顶煤,对此方法进行了井下试验研究,但仍需在实际放煤过程不断的发展完善。 研发了液压支架支护质量综合监测保障系统,与支架电液控制系统集成,形成综放液压支架自适应控制系统,液压支架支护质量综合监测保障系统通过液压支架姿态无线微功耗自供电实时监测、液压支架受力状态无线微功耗自供电实时监测、液压支架支护质量实时监测与预警、液压支架支护质量综合保障信息四部分实现了对液压支架综合支护质量的智能监测,该系统经过现场试验及大量实验数据处理分析,表明该系统运行稳定、可靠,是实现综放液压支架智能化控制的重要组成部分。 论文最后得出了有关研究结论和未来进一步研究的方向。