[发明专利]基于支架与围岩耦合关系的支架适应性评价方法

权利要求书

1.一种煤矿用液压支架与围岩适应性评价方法，包括：

1）获取煤层顶底板岩层岩性、厚度、埋深、岩石单轴抗压强度、抗拉强度、内聚力、泊松比、内摩擦角，分析岩层结构特征及地质构造（断层、褶皱、陷落柱）情况，以及获取工作面采高、工作面长度、推进长度参数，分析所采用的液压支架架型、支护强度、顶梁结构、护帮装置、防倒防滑装置、推移机构特征，确定液压支架对围岩控制效果要求；

2）建立液压支架与围岩耦合关系模型，包括液压支架与围岩的刚度耦合、强度耦合、稳定性耦合关系，构建支架与围岩适应性评价指标体系；所述支架与围岩适应性评价指标体系包括支架与围岩刚度耦合适应性指数、支架与围岩强度耦合适应性指数、支架与围岩稳定性耦合适应性指数；

3）根据不同开采方法对围岩控制效果的要求，确定支架与围岩适应性评价指标体系的目标权重值；

4）根据液压支架在现场使用过程中获得的实测数据，确定液压支架与围岩系统各评价指标的独立评价结果；根据支架与围岩适应性评价指标体系的目标权重值和评价指标的独立评价结果，得出支架与围岩适应性综合评价结果；通过对该综合评价结果进行分析，指导液压支架进行改进设计。

2.如权利要求1所述的煤矿用液压支架与围岩适应性评价方法，其特征在于：所述的支架与围岩刚度耦合关系，是将含顶煤的直接顶板、液压支架和底板视为一个组合体，基本顶板的回转空间为“给定变形”，主要受到煤层开采高度、采空区冒落矸石充填效果影响，液压支架可通过与直接顶板和底板组成所述组合体的整体刚度对所述基本顶板的断裂位置产生影响，从而影响基本顶板的运动过程和来压强度。

3.如权利要求1所述的煤矿用液压支架与围岩适应性评价方法，其特征在于：所述的支架与围岩强度耦合关系，是指煤层基本顶板强度影响基本顶板的来压步距，决定了基本顶板来压时的载荷；直接顶板强度影响直接顶板的碎胀系数，决定了基本顶板的回转或滑落空间，二者共同决定了工作面矿山压力的大小；液压支架通过对直接顶板施加一定的工作阻力，并间接影响基本顶板载荷对支架的作用位置、基本顶板下沉速度，维护工作面安全作业空间；通过液压支架护帮机构对煤壁施加作用力，防止煤壁片帮；通过对支架底座进行优化，降低底座对底板比压，并辅助以支架抬底座机构，使支架适应煤层底板强度，实现支架顺利推移。

4.如权利要求1所述的煤矿用液压支架与围岩适应性评价方法，其特征在于：所述的支架与围岩稳定性耦合关系，是指煤层开挖导致围岩系统断裂失稳，液压支架通过适应围岩失稳来保证支架自身稳定，并通过保证自身稳定性来维护围岩的稳定性。

5.如权利要求1所述的煤矿用液压支架与围岩适应性评价方法，其特征在于：所述的支架与围岩刚度耦合适应性指数为支架初撑力适应性指数、顶板下沉量、立柱下缩量、底座下陷量、地表下沉量；所述的支架与围岩强度耦合适应性指数为立柱安全阀开启率、立柱千斤顶损坏率、阀体损坏率、结构件损坏率、底座扎底率、煤壁片帮率；所述的支架与围岩稳定性耦合适应性指数为支架倾倒情况、顶板冒顶情况、支架低头情况、支架高射炮情况、支架咬架情况。

6.如权利要求1所述的煤矿用液压支架与围岩适应性评价方法，其特征在于：所述的支架与围岩适应性评价指标体系中的目标权重值，是根据不同开采方法对顶板控制的不同要求进行评价指标优先度排序，确定评价指标的优先关系系数，通过改造优先关系系数矩阵得到评价指标的模糊关系一致矩阵，利用方根法计算各指标对应的优度值，作为各指标对应的权重：

 其中，R为模糊关系一致矩阵，其中  ；B为各指标重要性优先关系系数矩阵，其中b_ij为指标u_i对u_j的优先关系系数；S_i为各项指标对应的优度值，i=1,2，...，n，其中  。

7.如权利要求1所述的煤矿用液压支架与围岩适应性评价方法，其特征在于：所述的支架与围岩评价指标的独立评价结果，是通过安装在液压支架上的矿用本安型倾角传感器、矿用本安型压力传感器、矿用本安型位移传感器和矿用本安型采集处理器来确定液压支架的姿态、受力状态及位移，并结合现场观测结果进行统计分析确定。

8.如权利要求1所述的煤矿用液压支架与围岩适应性评价方法，其特征在于：所述的支架与围岩适应性综合评价结果，通过模糊综合评判计算确定：

其中，Z为支架与围岩适应性综合评价结果，M为综合评价结果集，U^T为支架与围岩适应指数评价集对应的分数向量，U={适应性很好，适应性较好，适应性一般，适应性较差}={>90,70～90,60～70,<60}，W_i为评价指标权重，N_i为各因素的评价矩阵。