[發明專利]淺埋煤層工作面支架工作阻力預測方法及預警系統和方法

有效

• 申請號: 201810014165.2
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108170969B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 杜鋒;曹正正;李振華;馬鳴嘯;龐英坤
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E21F17/18;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州浩德知識產權代理事務所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

本發明公開了一種淺埋煤層工作面支架工作阻力預測方法及預警系統和方法，以開采工作面推進到下一階段的煤層面為鉸接點，開采工作面上覆巖層的每一個單獨巖層視為一個一端固定在鉸接點的懸臂梁，每個單獨巖層的自穩定長度由各巖層的巖性決定其懸臂梁長度，預測計算支架工作阻力；預警系統包括三維地質信息系統、采掘實時信息系統和礦壓預警系統；該預警方法為：一、構建開采工作面上覆基巖三維地質信息系統模型；二、采掘實時信息錄入；三、開采工作面前方覆巖信息預測；四、前方覆巖礦壓預警；五、巖體三維圖形修正；重復步驟二到五至開采結束。本發明對淺埋煤層工作面支架的工作阻力進行預測計算，然后做出預警，提高超前支架的運行可靠性。

技術領域

本發明涉及煤礦開采安全技術領域，特別是涉及一種淺埋煤層工作面支架工作阻力預測方法及預警系統和方法。

背景技術

淺埋煤層開采工作面回采過程中，由于推進速度快，每天推進達到15m以上，工作面面長可達到300m，常常造成工作面發生壓架事故，給礦井安全生產帶來巨大的隱患。隨著工作面的快速推進，覆巖結構不斷地發生著變化，支架如何更好的進行選型，礦壓災害如何提前預防，成為淺埋煤層高強度開采的關鍵問題。為此，本發明提出一種支架淺埋煤層工作面支架工作阻力預測方法，并在此基礎上提出災害預警系統和預警方法，為預防該條件下礦壓災害提供一種新途徑。

發明內容

針對現有技術存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種淺埋煤層工作面支架工作阻力預測方法及預警系統和方法，為預防該條件下礦壓災害提供一種新途徑。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種淺埋煤層工作面支架工作阻力預測方法，以開采工作面推進到下一階段的煤層面為鉸接點，開采工作面上覆巖層的每一個單獨巖層被認為是一個一端固定在鉸接點的懸臂梁，每個單獨巖層的自穩定長度由各巖層的巖性決定，其懸臂梁長度為

式中，L_b為懸臂梁長度，t為懸臂梁巖層的厚度，T₀為懸臂梁巖層的極限抗拉強度，q為懸臂梁單位長度上的作用力；

支架支柱末端距離開采工作面推進到下一階段煤層面的距離為

L_c＝A+B+C+l_c (2)

式中，A為開采工作面到下一階段煤層面距離，B為支護支架距離開采工作面的距離，C為前伸護梁的長度，l_c為支架頂梁的長度；

在此基礎上，開采面超前支架工作阻力預測方法為

其中，x₁，x₂，......x_j＜20.06；x_j+1＞20.06；

式中，F_rd為支架載荷，DF為考慮到采煤機割煤后相鄰支架的前移以后的設計系數，取1.10～1.25，x_j為第j個巖層重量中心距離鉸接點的距離，W_j為第j個巖層的重量，F_s為支架支柱工作阻力，α為支架支柱和頂板水平面的夾角，其中，x_j和W_j的計算方法為：

W_j＝L_jSt_jγ_j (5)

當L_j-1≤L_j，x_j＝L_j/2 (6)

當L_j-1＞L_j，x_j＝L_j-1/2 (7)