[發(fā)明專(zhuān)利]淺埋近距離煤層群開(kāi)采初次來(lái)壓支架支護(hù)阻力的確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710100265.2
• 申請(qǐng)日: 2017-02-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106919744B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃克軍;王蘇健;陳通;趙萌燁;耿耀強(qiáng);張?jiān)?/a>;曹新奇;李亮;黃欣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/13
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開(kāi)了一種淺埋近距離煤層群開(kāi)采頂板初次來(lái)壓支架支護(hù)阻力的確定方法，通過(guò)物理模擬研究發(fā)現(xiàn)下煤層工作面初次來(lái)壓(層間覆巖初次破斷)時(shí)，關(guān)鍵層初次破斷形成“非對(duì)稱(chēng)三鉸拱結(jié)構(gòu)”，結(jié)構(gòu)上的載荷層為上煤層采空區(qū)垮落頂板。上煤層垮落頂板結(jié)構(gòu)在下煤層采動(dòng)后活化，與下煤層三鉸拱結(jié)構(gòu)共同形成“非對(duì)稱(chēng)三鉸拱梁與拱殼載荷結(jié)構(gòu)”。通過(guò)建立淺埋近距離煤層群下煤層關(guān)鍵層固支梁力學(xué)模型，修正關(guān)鍵層極限垮距計(jì)算公式，確定下煤層頂板結(jié)構(gòu)塊的參數(shù)。建立近距離煤層群下煤層開(kāi)采初次來(lái)壓的支架載荷計(jì)算模型。基于動(dòng)靜載荷作用，提出了初次來(lái)壓的合理支架工作阻力確定方法，為淺埋近距離煤層群開(kāi)采的頂板初次來(lái)壓控制提供了理論依據(jù)。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于煤炭開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種淺埋近距離煤層群開(kāi)采頂板初次來(lái)壓支架支護(hù)阻力的確定方法。

【背景技術(shù)】

陜北侏羅紀(jì)煤田是我國(guó)特大型煤炭資源基地，該區(qū)煤炭?jī)?chǔ)量大、煤層埋藏淺，可采煤層多，開(kāi)采條件相對(duì)簡(jiǎn)單。但煤田內(nèi)各礦井隨著開(kāi)采規(guī)模逐年加大，部分區(qū)域的第一煤層已經(jīng)開(kāi)采完畢，將開(kāi)始進(jìn)行第二、三主采煤層的開(kāi)采。根據(jù)多年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐，煤層群開(kāi)采過(guò)程中在對(duì)下部煤層開(kāi)采時(shí)容易出現(xiàn)異常壓架、煤壁片幫、兩巷底鼓量增大、冒頂?shù)葎×襾?lái)壓現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重威脅到了操作人員的安全，而且制約了礦井的安全高效生產(chǎn)。

目前，淺埋近距離煤層群下煤層開(kāi)采頂板初次來(lái)壓頂板結(jié)構(gòu)特征及支架載荷的確定均是采用單一淺埋煤層開(kāi)采的頂板結(jié)構(gòu)特征來(lái)確定支架載荷，但計(jì)算過(guò)程中并未考慮上煤層已經(jīng)開(kāi)采形成不均載荷的作用特征，也未考慮在不均載荷作用下的頂板破斷規(guī)律及特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種考慮下煤層工作面在重復(fù)采動(dòng)、載荷層厚度增大且加載不均情況下的淺埋近距離煤層群開(kāi)采頂板初次來(lái)壓支架支護(hù)阻力的確定方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

淺埋近距離煤層群開(kāi)采頂板初次來(lái)壓支架支護(hù)阻力的確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立淺埋近距離煤層群下煤層關(guān)鍵層固支梁力學(xué)模型，并推導(dǎo)出下煤層關(guān)鍵層受不均載荷作用下的初次破斷距計(jì)算公式：

下煤層關(guān)鍵層初次破斷距決定了B關(guān)鍵塊的長(zhǎng)度；其中，h₁為下煤層關(guān)鍵層厚度，q₁為上煤層關(guān)鍵層鉸接部分對(duì)應(yīng)下煤層關(guān)鍵層所受載荷，q₂為上煤層關(guān)鍵層有一定壓實(shí)部分對(duì)應(yīng)下關(guān)鍵層所受載荷，R_T為巖石抗拉強(qiáng)度；

2)支架必須提供的支護(hù)阻力P由靜態(tài)支護(hù)阻力P_m和動(dòng)態(tài)載荷F_D組成；

3)煤層群下煤層開(kāi)采過(guò)程中，初次來(lái)壓時(shí)支架受到的平均壓力為未來(lái)壓時(shí)的1.3倍以上，則認(rèn)定動(dòng)載系數(shù)K_D為0.3以上，即頂板的動(dòng)態(tài)載荷F_D為：

F_D＝K_D·P_m＝0.3P_m

則初次來(lái)壓支架的支護(hù)阻力為：P≥P_m+F_D＝1.3P_m。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：

按照各巖層或巖組對(duì)支架作用力空間位置從下向上的順序，支架靜態(tài)支護(hù)阻力P_m分別為下煤層直接頂重量、下煤層關(guān)鍵層垮落頂板載荷、上煤層關(guān)鍵層垮落頂板載荷以及靜態(tài)支護(hù)阻力；

其中，下煤層關(guān)鍵層初次破斷后形成了兩個(gè)關(guān)鍵塊：靠近工作面一側(cè)的B關(guān)鍵塊及靠近采空區(qū)一側(cè)的C關(guān)鍵塊，兩相鄰關(guān)鍵塊與兩側(cè)煤壁相互鉸接。

下煤層直接頂重量：