[發(fā)明專利]一種基于剛度模型的支架工作阻力計(jì)算方法及裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011431639.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN112560248A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西煤業(yè)化工集團(tuán)孫家岔龍華礦業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;E21D23/00;E21D15/44;G06F119/14
• 代理公司: 深圳國海智峰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44489
• 代理人: 劉軍鋒

本發(fā)明涉及基于剛度模型的支架工作阻力計(jì)算方法及裝置，該方法包括：基于淺埋煤層大采高工作面“老頂—直接頂—(支架+煤壁)—底板”支撐系統(tǒng)，提出了“支架—圍巖”關(guān)系的系統(tǒng)剛度模型，給出新的支架和煤壁剛度計(jì)算公式。根據(jù)“支架?圍巖”系統(tǒng)剛度模型，給出了淺埋煤層大采高工作面支架的工作狀態(tài)，結(jié)合覆巖結(jié)構(gòu)模型，建立了“懸伸巖梁”力學(xué)模型和“臺(tái)階巖梁”力學(xué)模型，給出了支架工作阻力的計(jì)算公式。本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)確、可靠的支架工作阻力計(jì)算方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及支架工作阻力計(jì)算的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于剛度模型的支架工作阻力計(jì)算方法及裝置。

背景技術(shù)

淺埋煤層長(zhǎng)壁工作面礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，工作面普遍出現(xiàn)臺(tái)階下沉現(xiàn)象，如大柳塔礦建井初期的試采工作面(C202)，來壓期間普遍出現(xiàn)350～600mm的臺(tái)階下沉，第一個(gè)綜采工作面(1203)，埋深50～60m，采高4m，支架阻力3500kN，初次來壓期間工作面中部約90m范圍頂板出現(xiàn)臺(tái)階下沉，礦壓顯現(xiàn)非常強(qiáng)烈，其中部31m范圍內(nèi)頂板臺(tái)階下沉量高達(dá)1000mm，來壓猛烈，造成工作面部分支架被壓死。

近年來，隨著淺埋煤層長(zhǎng)壁開采技術(shù)、頂板結(jié)構(gòu)與巖層控制理論和液壓支架支護(hù)能力的發(fā)展，頂板臺(tái)階下沉和支架被壓死現(xiàn)象已基本可以控制。但是，隨著采高的加大，淺埋煤層大采高長(zhǎng)壁工作面礦壓顯現(xiàn)仍然強(qiáng)烈，煤壁片幫和局部冒頂現(xiàn)象嚴(yán)重，支架工作阻力劇增，支架損壞率高、支架受偏心重載影響支架穩(wěn)定及對(duì)圍巖的支護(hù)作用，長(zhǎng)期以來，制約著淺埋煤層大采高工作面的安全高效生產(chǎn)。

為了防止上述現(xiàn)象的影響，工作面不斷增加大采高液壓支架的支護(hù)能力，支架工作阻力從過去的6700kN/架逐步提升到7200kN/架、8800kN/架、乃至10000kN/架以上，液壓支架噸位的提高已經(jīng)達(dá)到目前生產(chǎn)的極限，而其造價(jià)也隨著噸位的增加直線上升，工作面支護(hù)投資也因此直線上升，但仍然存在頂板局部臺(tái)階下沉、煤壁片幫、局部冒頂、支架損壞率高的現(xiàn)象。這充分說明“支架—圍巖”關(guān)系認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一，圍巖控制主要依靠傳統(tǒng)理論與經(jīng)驗(yàn)。研究淺埋煤層大采高工作面“支架—圍巖”關(guān)系及支架工作阻力計(jì)算能為淺埋煤層大采高工作面圍巖控制、液壓支架選型與設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，對(duì)淺埋煤層大采高開采具有重要的理論與實(shí)踐價(jià)值。

因此，如何提供一種準(zhǔn)確、可靠的支架工作阻力計(jì)算方案是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于剛度模型的支架工作阻力計(jì)算方法及裝置。本發(fā)明的目的可以通過如下所述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明提供一種基于剛度模型的支架工作阻力計(jì)算方法，包括：

在支架—圍巖系統(tǒng)剛度模型中，淺埋煤層大采高工作面周期來壓期間覆巖結(jié)構(gòu)形成懸伸巖梁結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)控頂距長(zhǎng)度、支架寬度、直接頂厚度及直接頂巖石容重，按照預(yù)設(shè)的直接頂巖柱重量計(jì)算策略計(jì)算得到作用于支架的直接頂巖柱重量；

根據(jù)關(guān)鍵層懸伸巖塊長(zhǎng)度、關(guān)鍵層厚度、關(guān)鍵層巖石容重及所述支架寬度，按照預(yù)設(shè)的關(guān)鍵層懸伸巖柱重量計(jì)算策略計(jì)算得到關(guān)鍵層懸伸巖柱重量；

根據(jù)載荷層的內(nèi)摩擦角、載荷層側(cè)應(yīng)力系數(shù)、載荷傳遞的時(shí)間因子、載荷層厚度及所述關(guān)鍵層懸伸巖塊長(zhǎng)度，按照預(yù)設(shè)的載荷傳遞系數(shù)計(jì)算策略計(jì)算得到周期來壓時(shí)的載荷傳遞系數(shù)；

根據(jù)載荷層容重、所述載荷層厚度、所述載荷傳遞系數(shù)、所述關(guān)鍵層懸伸巖塊長(zhǎng)度及所述支架寬度，按照預(yù)設(shè)的載荷層傳遞的重量計(jì)算策略計(jì)算得到載荷層傳遞的重量；

根據(jù)所述直接頂巖柱重量、關(guān)鍵層懸伸巖柱重量和載荷層傳遞的重量，按照預(yù)設(shè)的支架工作阻力計(jì)算策略計(jì)算得到控制頂板所需的支架工作阻力；