[發明專利]一種確定殘煤復采綜放工作面支架阻力的方法

在審

• 申請號: 201911312704.1
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111079292A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 王開;侯建;張小強;張東峰;姜玉龍;閆建兵;岳少飛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 鄧東東;冷錦超

1.一種確定殘煤復采綜放工作面支架阻力的方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，計算殘采工作面過殘留煤柱時支架的工作阻力，具體為：

1)將殘采工作面過殘留煤柱不規則巖層塊體設為“關鍵塊B”，確定頂板“關鍵塊”B的穩定條件須滿足式Ⅰ：

T(cosθsinφ-sinθcosφ)≥V(cosθcosφ-sinθsinφ) (Ⅰ)

2)由式Ⅰ得出式Ⅱ：

判斷式Ⅱ不等式成立與否，若式Ⅱ不等式成立，“關鍵塊B”不會沿斷裂線滑移，即不會出現回轉或滑落失穩，自身能夠保持穩定不需要支架提供有效的支護阻力；

若式Ⅱ不等式不成立則“關鍵塊B”保持穩定的條件是需要支架提供有效的支護阻力與斷裂面上的摩擦力共同平衡拱腳豎向載荷，因此，根據平衡條件可推出支架所需提供的支護阻力公式Ⅲ；

3)根據N.Barton準則，推出斷裂面上的摩擦角，式Ⅳ：

根據式Ⅲ與Ⅳ，可得出在N.Barton準則下，當考慮頂煤與直接頂對支架作用時，推出支架所需提供的工作阻力表達式Ⅴ：

P＝V-Tf+P₁ (Ⅴ)

將式Ⅴ代入式Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，推出支架工作阻力計算的最終公式為：

以上公式中，T為塊體B對塊體A的水平推力；V為塊體B拱腳的豎向載荷；

β為基本頂巖層斷裂角；θ為斷裂線與垂直方向的夾角；

JRC為基本頂巖層斷裂面粗糙系數；

JCS為基本頂巖層裂縫壁有效抗壓強度，取基本頂巖層實驗室測定的軸向抗壓強度值；

G為拱腳處水平力擠壓高度系數，G＝0.018H-0.0195；

H為基本頂巖層計算厚度；

為基本頂斷裂面基礎摩擦角；

γ₁為直接頂的體積力，kN/m³；

γ₂為頂煤的體積力，kN/m³；

M₂為頂煤的厚度；

a為支架控頂距；b為支架寬度；

∑h為直接頂厚度；△為關鍵塊B回轉下沉量；q為關鍵塊B上表面單位載荷，MPa；M為煤厚，m；b為支架寬度；γ₂為巖塊容重，kN/m³；P為支架工作阻力；γ₁為煤層容重。

第二步，計算殘采工作面過空巷時支架的工作阻力，具體為：

將跨空巷的“關鍵塊B”力學模型簡化為關鍵塊受力分析模型，通過對關鍵塊結構受力狀態進行分析，確定液壓支架可安全通過空巷時所需工作阻力，根據關鍵塊的平衡條件以及防止沿空滑落失穩的條件，建立關鍵塊B的平衡方程，分別為式Ⅵ、Ⅶ：

2R₁(A+x)/3+T(h-Δ-a)-(P₁Lcosθ₁)/2＝0 (Ⅵ)

P₁＝R₁+Q'_A (Ⅶ)

同時，建立防止沿空滑落失穩方程式Ⅷ，

對長關鍵塊B受力分析支架和空巷上方煤層及直接頂巖層進行力學分析，對頂煤及直接頂列平衡方程分別為式Ⅸ、Ⅹ；

F₀+P＝Q+R₁ (Ⅹ)；

根據式Ⅸ、Ⅹ推出空巷對頂煤的支承力表達式Ⅺ和支架工作阻力表達力Ⅻ；

第三步，比較殘采工作面過空巷時支架的工作阻力和殘采工作面過殘留煤柱時支架的工作阻力，選擇較大值確定為殘煤復采綜放工作面支架所受阻力。

2.根據權利要求1所述的一種確定殘煤復采綜放工作面支架阻力的方法，其特征在于，所述式Ⅰ中的