[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

本發明公開了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，包括：確定煤層參數；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；構建對應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，計算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。本發明提供的計算方法更能準確地表征實際生產中支架的受力狀態，該方法對于急傾斜煤層水平分段開采工作面液壓支架選型，保證生產高效安全具有重要價值。同時也為該開采條件下回采工作面頂板管理提供了新的理論分析和計算支持。

技術領域

本發明涉及技術領域，具體而言涉及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。

背景技術

急傾斜煤層是指埋藏傾角大于45°的煤層，集中于西部地區，占到了我國煤炭儲量的10％，該類煤層常用水平分段開采的方式。水平分段開采大大提高了急傾斜煤層的開采效率，但隨著分段開采上部采空空間越來越大，頂板巖層會向采空區側的偏移垮落，使得巖層控制難度加大，影響礦井安全生產。

現有的工作面支架工作阻力計算方法，有經驗公式估算法、巖石容重法以及工程類比法，但這些計算方法往往適用于煤層賦存角度較小的水平或近水平煤層。急傾斜煤層賦存結構特殊，尤其是在水平分段開采條件下覆巖結構在不同開采分段有著不同的特征，傳統的支架工作阻力計算方法應用到急傾斜煤層開采存在誤差較大、沒有考慮結構變化的缺點，已經適用性不強。因此一套合理的基于急傾斜煤層水平分段開采時覆巖結構變化的支架工作阻力計算方法，對于指導該開采條件下支架選型控制巖層穩定從而保證安全開采具有重要意義。

專利號為CN107220470A的發明中公開了一種大傾角煤層工作面支架載荷的確定方法，通過考慮大傾角煤層工作面與近水平煤層工作面垮落頂板結構的差異，分析傾向垮落頂板結構與支架載荷分布特征，轉化為走向方向均布載荷；將頂板傾向結構與走向結構結合，分析直接頂、關鍵層及其覆載對支架的傳力機制，確定工作面合理的支架載荷。目前尚未有只針對大傾角煤層工作面自身，同時考慮開采過程中煤層變化的開采支架工作阻力計算方法。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供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，更能準確地表征實際生產中支架的受力狀態，對于急傾斜煤層水平分段開采工作面液壓支架選型，保證生產高效安全具有重要價值，同時也為該開采條件下回采工作面頂板管理提供了新的理論分析和計算支持。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明實施例提出了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，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的壓力，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的液壓支架的合理工作阻力。

可選地，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：