[發明專利]一種急傾斜煤層水平分段綜放開采支架工作阻力計算方法

有效

• 申請號: 202110724077.3
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113435045B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 吳鋒鋒;岳鑫;劉長友;余昌輝;柳啟文;李超
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E21D23/00;G06F119/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 陳月菊

1.一種急傾斜煤層水平分段綜放開采支架工作阻力計算方法，其特征在于，所述工作阻力計算方法包括以下步驟：

步驟一：確定包括煤層傾角、采煤方法、采高、放頂煤高度、頂板巖石容重和直接頂厚度在內的煤層參數；

步驟二：以鉸接巖塊結構形成時間為時間界限，將覆巖垮落特征分為開采初期和開采后期兩個階段；

步驟三：分別針對開采初期和開采后期，根據煤層開采時的結構特征，構建對應的支架和圍巖結構模型；開采初期，在底板巷一側，工作面液壓支架所受載荷來自頂煤的重量以及采空區垮落煤矸石的重量；在頂板巷一側，工作面液壓支架所受載荷來自頂煤的重量、采空區垮落煤矸石的重量和頂板懸臂梁的應力；開采后期，當結構失穩時，工作面頂板巷一側液壓支架和底板巷一側液壓支架在原載荷的基礎上，增加結構失穩導致的覆巖垮落壓力，且開采后期采空區垮落煤矸石的厚度取值小于開采初期采空區垮落煤矸石的厚度取值；

步驟四：分別根據開采初期和開采后期的支架和圍巖結構模型，分析兩個階段的液壓支架支護強度，并且計算得到急傾斜煤層水平分段開采初期階段和開采后期階段鉸接巖塊結構失穩狀態下頂板巷一側和底板巷一側液壓支架的合理工作阻力；

步驟四中，根據下述公式計算開采初期階段頂板巷一側液壓支架的合理工作阻力為：

式中：P₁是開采初期階段的液壓支架支護強度；q_A為工作面上方頂煤的自重應力，q_B為采空區垮落煤矸石的自重應力，q_C為頂板懸臂梁的應力；k₁為安全系數，取值在1.0-1.5之間；k₂為頂板動載系數，取值在1.0-1.5之間；k₃為衰減系數，取值在0.5-0.8之間；h₂為采空區垮落煤矸石的堆積厚度，單位是m；k₄為巖石的碎漲系數，取值在1.1-1.3之間；l為懸臂梁長度，單位是m；b為支架中心距，單位是m；λ₁為頂煤容重，單位是kN/m³；h₁為頂煤厚度，單位是m；L為支架頂梁長度，單位是m；k_s為支架支撐效率；λ₂是煤矸石的容重，單位是kN/m³；α為煤層傾角；

步驟四中，根據下述公式計算開采初期階段底板巷一側液壓支架的合理工作阻力為：

步驟四中，根據下述公式計算開采后期階段鉸接巖塊結構失穩狀態下頂板巷一側液壓支架的合理工作阻力為：

F_2-2＝F_1-1+Qsin²α

式中，Q為上覆巖層的壓力，α為煤層傾角；

步驟四中，根據下述公式計算開采后期階段鉸接巖塊結構失穩狀態下底板巷一側液壓支架的合理工作阻力為：

F_2-3＝F_1-2+Qsin²α；

所述工作阻力計算方法還包括以下步驟：

步驟五：根據計算得到的開采初期階段頂板巷一側和底板巷一側液壓支架的合理工作阻力，以及開采后期階段鉸接巖塊結構失穩狀態下頂板巷一側和底板巷一側的液壓支架的合理工作阻力，確定工作面支架工作阻力變化范圍；

步驟六：結合工作面支架工作阻力變化范圍，進行工作面液壓支架選型和來壓特征分析。