(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210659304.3 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 太原理工大 学 地址 030024 山西省太原市迎泽西大街79 号 (72)发明人 张润旭　张柏林　张兴华　张露露　 孙浩然　 (74)专利代理 机构 太原晋科知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 14110 专利代理师 祁宏伟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/10(2006.01) E21C 41/18(2006.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种矿井智能化工作面采煤机割煤轨迹确 定方法 (57)摘要 本发明涉及煤矿智能化开采技术领域， 具体 是一种矿井智能化工作面采煤机割煤轨迹确定 方法。 包括以下步骤， S100： 对回采工作面及其顶 板和底板处的煤岩体及界面进行基础参数测试 与统计； S200： 根据统计的煤岩体与界面的基础 参数计算井下水力压裂的合理施工参数； S300： 向压裂液中添加支撑砂与标记色素并搅拌均匀， 按照计算得出的施工参数进行井下水力压裂作 业， 形成的裂缝与标记色素在煤岩界面形成的强 烈色差成为图像识别的特殊元素； S400： 水力压 裂结束后工作面开始回采， 通过安装在工作面的 图像识别装置精准捕捉已经人为形成的特殊元 素， 图像分析处理后确定回采工作面煤岩界面与 采煤机割煤轨迹。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 115186439 A 2022.10.14 CN 115186439 A 1.一种矿井智能化工作面采煤 机割煤轨迹确定方法， 其特 征在于： 包括以下步骤， S100： 对回采工作面及其顶板和底板处的煤岩体及界面进行基础参数测试与统计； S200： 根据统计的煤岩体与界面的基础参数计算井下水力压裂的合理施工参数， 该施 工参数下可以使水力裂缝到 达煤岩界面时能够沿界面扩展， 从而压开煤岩界面； S300： 向压裂液中添加支撑砂与标记色素并搅拌均匀， 按照计算得出的施工参数进行 井下水力压裂作业， 支撑砂的支撑作用能够使压开的煤岩界面不闭合， 形成的裂缝与标记 色素在煤岩界面形成的强烈色差成为图像识别的特殊元 素； S400： 水力压裂结束后工作面开始回采， 通过安装在工作面的图像识别装置精准捕捉 已经人为形成的特殊元 素， 图像分析处 理后确定回采工作面煤岩界面与采煤 机割煤轨迹。 2.根据权利要求1所述的矿井智能化工作面采煤机割煤轨迹确定方法， 其特征在于： 所 述的步骤S100中， 回采工作面及其顶底板煤岩体的基础参数包括层厚、 弹性模量、 泊松比、 抗拉压强度、 断裂韧性以及地应力大小和方向， 其中地应力应包括垂向地应力、 最大水平主 应力与最小水平主应力； 界面的基础参数为煤 ‑顶板界面与煤 ‑底板界面的抗剪强度， 当煤 层直接顶或直接底过薄无法测试 处厚度外的其他基础参数时， 按煤层基础参数的1.2～1.5 倍进行统计， 界面 抗剪强度按煤层的0.9 ～1.1倍进行统计。 3.根据权利要求1所述的矿井智能化工作面采煤机割煤轨迹确定方法， 其特征在于： 所 述的步骤S200中， 井下水力压裂的施工参数包括起裂位置、 射孔方向与个数、 注液速率以及 压裂孔的位置与间距。 4.根据权利要求3所述的矿井智能化工作面采煤机割煤轨迹确定方法， 其特征在于： 起 裂位置 （2） 设置在回采工作面中部； 射孔方向垂直回采工作面倾向向上或向下， 当煤 ‑顶板 界面 （8） 与煤 ‑底板界面 （9） 的抗剪强度的差值在 ±10%以内， 回采工作面的顶板和底板抗拉 强度的差值在 ±20%以内时， 采用双向对称射孔， 其他条件下采用单向射孔； 双向射孔时每 个起裂点进行一次射孔作业即可， 单向射孔时每个起裂点进行两次射孔作业， 先进行上侧 射孔作业， 间隔20 cm处进行 下侧射孔左右， 双向射 孔与单向射 孔高度均在10 cm处。 5.根据权利要求3所述的基于水力压裂与微震监测技术的煤岩界面确定方法， 其特征 在于： 压裂孔的位置在切眼中部煤层厚度1/2 位置处沿煤层走向施工， 压裂液类型为清水压 裂液， 注液速率的合理范围根据以下不 等式计算： 式中，P0为井筒内的水压， MPa； P1为水力裂缝到达界面时穿层扩展的临界水压， MPa； P2权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186439 A 2为水力裂缝到达界面时沿界面扩展的临界水压， MPa； q为压裂液排量， m3/s； ρ为流体的密 度， kg/m3；h为裂缝高度， m； γ为压裂液黏度， mPa ·s；E为储层的弹性模量， GPa； KCC为煤层的 I型断裂韧性， MPa ·m1/2；l为裂缝的半长， m； KRC为顶板或底板的断裂韧性， MPa ·m1/2；σV为垂 向地应力， MPa； σh为水平最小地应力， Mpa； π/2 ‑α为煤层倾角。 6.根据权利要求1所述的基于水力压裂与微震监测技术的煤岩界面确定方法， 其特征 在于： 所述的步骤S 300中， 支撑砂的莫氏硬度介于煤体与 顶底板岩 体硬度之间， 颗粒直径介 于1.2～3mm之间， 压裂液携砂体积比为1～3%； 标记色素为白色的水性荧光示踪剂， 压裂液 与标记色素的体积比为5%。 7.根据权利要求1所述的基于水力压裂与微震监测技术的煤岩界面确定方法， 其特征 在于： 所述的步骤S 300中， 井下水力压裂作业采用双端封堵后退式压裂方法， 每次后退距离 小于等于工作面切眼长度， 压裂过程具体为： 采用高压水割 缝的方式进行射孔作业后安装 封孔器和水压仪并调试， 将 封孔器推送至预定起裂位置后给封孔器加压至10MPa， 随后给水 泵通水通电开始压裂直至巷道顶底板、 煤帮或钻孔中有 水渗出或冒出停止， 按照上述步骤， 沿压裂孔依次由工作面停采线后退至切眼时完成压裂作业。 8.根据权利要求1所述的基于水力压裂与微震监测技术的煤岩界面确定方法， 其特征 在于： 所述的图像识别装置为安装在采煤机上的摄像机， 摄像机获取煤岩界面视频， 将 煤岩 界面视频数据按时间顺序处理为高清图像后输入视觉处理模块， 视觉处理模块通过将识别 压裂形成的特殊元素并进一步识别区域黑白或黑灰二值化处理， 将煤岩体处理为黑色， 将 标记色素处理为白色， 将裂缝处理为灰色； 之后通过位置坐标计算模块计算白色和灰色区 域的位置坐标， 确定 煤岩分界线的轨 迹坐标。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186439 A 3