[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

本發明一種確定殘煤復采綜放工作面支架阻力的方法，屬于煤礦開采技術領域，具體是依據殘采工作面過殘留煤柱和過空巷的力學模型，根據平衡條件來求取支架工作阻力計算公式，再根據公式求出支架工作阻力，取工作阻力的最大值為礦井最終為支架選型的依據；本發明通過分析殘煤復采工作面的基本頂斷裂的主要影響因素，建立殘煤復采工作面過殘留煤柱和空巷時的支架圍巖相互作用力學模型，確定殘煤復采工作面合理的支架工作阻力，可以為類似殘煤復采工作面支架選型提供依據。

技術領域

本發明屬于煤礦開采技術領域，具體為一種確定殘煤復采綜放工作面支架阻力的方法。

背景技術

過去許多礦井采用巷柱式(以掘代采)及巷放式采煤方法，為了保證回采巷道的穩定性，舊采區內遺留了大量的煤柱，造成了優質資源的極大浪費，其中包括無煙煤、焦煤等。

隨著煤炭資源的過度開采，優質煤炭資源日趨緊張，為保證煤炭工業的可持續發展，必須對遺留優質“殘煤”進行復采。在殘煤復采區進行復采時，受舊式采煤法影響，復采區隨機分布著大量不規則的空巷、冒頂區及煤柱，造成圍巖空間應力分布復雜，工作面回采時，煤壁片幫、端面冒頂、礦山壓力顯現不均、頂板斷裂及運動規律復雜，圍巖控制難度大及支架適應性差等問題突出，這些問題嚴重制約了殘煤復采的發展。

當前，國內外學者對殘采的研究主要為工作面過煤柱、空巷過程中，圍巖應力分布規律及礦壓顯現特征，而對支架選型方面的研究相對較少，支架選型是工作面圍巖控制的關鍵，是工作面實現安全高效回采的保證，因此支架選型合理對殘煤復采至關重要。而支架選型的前提工作首先是對工作面支架工作阻力的確定，只有精確的了解工作面支架所受阻力的大小，才能根據井下不同的情況和環境選擇適宜的支護方式。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，提供一種確定殘煤復采綜放工作面支架阻力的方法。目的在于克服現有計算方法對應用于殘煤復采存在的缺陷，根據殘煤復采工作面的特點，通過對殘煤復采工作面與實體煤工作面基本頂巖塊斷裂過程進行分析，確定殘采工作面支架過殘留煤柱的支架工作阻力。

本發明是通過如下技術方案實現的。

根據殘煤復采工作面的特點，通過對殘煤復采工作面與實體煤工作面基本頂巖塊斷裂過程進行分析可知：空巷寬度與煤柱讓壓變形是影響基本頂斷裂的主要因素，因此，提出一種支架過殘留煤柱以及空巷的兩種情況下支架工作阻力確定方法。

支架工作阻力的確定方法，包括殘煤復采工作面過殘留煤柱以及過空巷兩種情況：

a.工作面過殘留煤柱：

在宋振騏院士“傳遞巖梁”結構如圖1的基礎上結合殘煤復采工作面過殘留煤柱實際情況，推出殘煤復采過殘留煤柱工作面支架圍巖相互作用力學模型如圖2，圖2中塊體B與塊體A鉸接后形成平衡結構，為研究支架對圍巖的支護作用，取塊體B分離體為頂板來壓強度力學模型，其受力狀態如圖3所示，通過頂板來壓強度力學模型確定殘煤復采工作面液壓支架工作阻力計算公式。

分析頂板來壓強度力學模型，確定頂板關鍵塊B的穩定條件須滿足式(1)并根據式(1)推出式(2)；

判斷式(2)成立，若式(2)成立則關鍵塊B能夠保持穩定不需要支架提供有效的支護阻力；若式(2)不成立則關鍵塊B保持穩定的條件是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，根據平衡條件可得支架所需提供的支護阻力公式(3)；

根據N.Barton準則，推出斷裂面上的摩擦角(4)；

根據(3)與(4)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(5)；

帶入前面的參數推出支架工作阻力計算的最終公式為(6)。

b.工作面過空巷：