一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法，确定具体充填方案；获取固体充填物料密度参数；计算充填协同垮落式综采面长度L总；计算充填段长度L充及垮落段长度L垮；获取煤岩体物理力学参数；构建充填协同垮落式综采面矿压显现计算模型；得到高应力影响范围S内平均应力集中系数K的关系表达式；结合实际工程质参数，确定过渡区域局部加强支架数量N和加强支护强度P过。本发明专利技术的方法简单易行，准确性高，实现充填协同垮落式综采面充填段与垮落段矿压显现平稳过渡，进一步丰富充填采煤理论，扩大充填采煤的应用范围，具有广泛的实用性。

A Control Method of Local Strong Rock Pressure in Transition Area of Fully Mechanized Coal Face with Filling and Collaborative Caving

The invention discloses a method for controlling local strong rock pressure in transition area of filling synergistic caving fully mechanized mining face, determines specific filling scheme, obtains density parameters of solid filling materials, calculates total length L of filling synergistic caving fully mechanized mining face, calculates filling length L and caving length L collapse, obtains physical and mechanical parameters of coal and rock mass, and constructs filling synergistic caving fully mechanized mining face rock pressure display meter. The relationship expression of the average stress concentration factor K in the high stress influence range S is obtained, and the number of local reinforcement supports N and the reinforcement support strength P in the transition area are determined according to the actual engineering quality parameters. The method of the invention is simple and feasible, and has high accuracy. It realizes the smooth transition between filling section and caving section in fully mechanized caving face with filling cooperation, further enriches the theory of filling mining, expands the application scope of filling mining, and has wide practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法
本专利技术涉及一种采煤工作面过渡区域强矿压控制的
，特别是涉及一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法。
技术介绍
传统全断面充填工作面充填与采煤工序相互干扰，导致充填效率和产能偏低，难以满足现代化矿井高产高效要求。基于充填效率和产能需求，设计一种充填协同垮落式综采技术方法。如图3所示，充填协同垮落式综采面在同一工作面中集成布置充填段（1）与垮落段（2），既保留了充填能力又提高了工作面产能，有效协调提高了充填与采煤效率。充填段（1）和垮落段（2）前部共用一套采煤设备完成采煤工序，充填段通过悬挂于充填采煤液压支架（4）后部的底卸式刮板输送机（11）将矸石、粉煤灰等固体废弃物直接充填至充填段（1）采空区，起到消耗矸石、粉煤灰等固体废弃物及控制岩层移动等多重目标。充填协同垮落式综采面充填段（1）与垮落段（2）矿压显现差异显著，且两者之间存在一个局部小范围强矿压显现过渡区域（3）。过渡区域（3）与充填段（1）支护所采用的液压支架基本架型相同，但过渡区域（3）矿压显现剧烈程度明显高于充填段（1），因此提出根据过渡区域（3）局部高应力影响范围S和应力集中系数K，针对性提高过渡区域液压支架（5）支护强度P过控制思路。目前针对充填协同垮落式综采面过渡区域（3）局部高应力影响范围S及其应力集中系数K尚无系统的有效预计方法，研究充实率η、充垮比V（充填段与垮落段长度比值）工程主控因素对充填协同垮落式综采面过渡区域（3）局部强矿压显现影响特征，可准确预计过渡区域（3）高应力影响范围及其应力集中程度，准确设计布置过渡区域液压支架（5）数量N及其支架加强支护强度P过，该方法可为充填协同垮落式综采面局部强矿压加强支护设计提供参考，实现充填协同垮落式综采面充填段与垮落段矿压显现平稳过渡，进一步丰富充填采煤理论，扩大充填采煤的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种方法简单，准确的充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法，包括以下步骤：1）根据充填协同垮落式综采面充填目的确定具体充填方案，通过实验获取不同充填状态下固体充填物料密度参数；2）根据矿井产能设计充填协同垮落式综采面产量T1，计算充填协同垮落式综采面长度L总；3）根据固体充填物料设计充填量T2，计算充填段长度L充及垮落段（2）长度L垮；4）进行充填协同垮落式综采区域煤岩层力学特性参数测试，获取煤岩体物理力学参数，采用FLAC3D数值模拟软件构建充填协同垮落式综采面矿压显现计算模型；5）基于FirstOptimization多元回归分析，得到充实率η与充垮比V因素与充填协同垮落式综采面过渡区域高应力影响范围S以及高应力影响范围S内平均应力集中系数K的关系表达式；6）最后结合实际工程质参数，计算出充填协同垮落式综采面过渡区域高应力影响区域范围S1以及覆岩平均应力集中系数K1，最终确定过渡区域局部加强支架数量N和加强支护强度P过。本专利技术进一步改进方案是，所述步骤1）中，a．根据充填协同垮落式综采面消耗固体废弃物或控制岩层移动的充填目的确定充填方案，相应选择自然落料充填或密实充填方案；b．自然落料时固体充填物料密度为松散视密度ρ1，通过密度试验测试获取；密实充填时固体充填物料压实密度为ρ2，通过矸石压实实验测试获取。本专利技术更进一步改进方案是，所述步骤2）中，根据矿井产能需求，设计充填协同垮落式综采面产量T1，结合充填协同垮落式综采面相关工程参数，由下式计算充填协同垮落式综采面长度L总：式中：L推——充填协同垮落式综采面走向推进长度；M——充填协同垮落式综采面平均采高；ρ煤——煤密度。本专利技术更进一步改进方案是，所述步骤3）中，根据充填协同垮落式综采面固体充填物料设计充填量T2，结合充填方案测试固体充填物料密度ρ，计算充填段长度L充及垮落段长度L垮，不同充填方案状态下充填段长度L充分别按以下公式计算：a、自然落料充填时：式中，H1——固体充填物料自然落料堆积高度；H2——底卸式刮板输送机卸料孔下端距顶板距离；ρ1——固体充填物料松散视密度；b、密实充填时：式中，H3-充填材料未接顶高度；H4——顶板提前下沉量；ρ2——密实充填时固体充填物料压实密度；垮落段长度L垮为充填协同垮落式综采面总长度L总与充填段长度L充之差：。本专利技术更进一步改进方案是，所述步骤4）中，进行充填协同垮落式综采区域煤岩层力学特性参数测试，获取煤岩体物理力学参数，结合充填协同垮落式综采面几何参数，通过FLAC3D三维数值模拟软件，构建充填协同垮落式综采面矿压显现数值分析模型。本专利技术更进一步改进方案是，所述步骤5）中，c．固定充填协同垮落式综采面总长度L总和平均采高M参数不变；先模拟充垮比V不变，充实率η变化条件下的覆岩应力分布规律；再模拟充实率η不变，充垮比V变化条件下的充填协同垮落式综采面覆岩应力分布规律；d．定义充填协同垮落式综采面过渡区域覆岩垂直应力值大于或等于充填段覆岩垂直应力平均值1.3倍以上区域为高应力影响范围S，基于模拟结果，确定不同充实率η和充垮比V条件下充填协同垮落式综采面过渡区域高应力影响范围S；e．以数值模拟分析结果为基础，采用FirstOptimization统计分析软件，多元回归得到充实率η、充垮比V与过渡区域高应力影响范围S的关系表达式S（η、V）；f．定义过渡区域高应力影响范围S内平均应力集中系数K=σ2/σ1，其中σ1为过渡区域高应力影响范围S内覆岩平均应力值，σ2为充填段覆岩平均应力；基于数值模拟结果，分析不同充实率η和充垮比V条件下过渡区域高应力影响范围平均应力集中系数K值；g．以数值模拟分析结果为基础，采用FirstOptimization统计分析软件，多元回归得到充实率η、充垮比V与过渡区域高应力影响范围S内平均应力集中系数K的关系表达式K（η、V）。本专利技术更进一步改进方案是，所述步骤6）中，根据实际充填协同垮落式综采面充实率η1和充垮比V1，代入关系表达式S（η、V）与K（η、V），计算出充填协同垮落式综采面过渡区域高应力影响区域范围S1以及覆岩平均应力集中系数K1；根据以下公式确定过渡区域局部加强支架数量N和加强支护强度P过：式中：N——大于等于n的最小正整数；f——相邻液压支架中心距；式中：P充——充填段充填采煤液压支架设计支护强度P充。本专利技术更进一步改进方案是，所述充实率η的变化范围，自然落料充填时，变化范围为40%~55%；密实充填时变化范围为55%~85%。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的充填协同垮落式综采面过渡区域强矿压局部控制设计方法在实际运用时只需明确充填协同垮落式综采面充填方案，依据实验确定不同充填方案时固体充填物料密度，结合相关工程参数建立数值模拟计算模型，便可根据回归方程计算出过渡区域高应力影响范围S和平均应力集中系数K，通过计算确定过渡区域局部加强支护支架数量N与支架支护强度P充，此方法为充填协同垮落式综采面过渡区域强矿压局部控制设计提供了参考与理论指导。此设计方法简单易行，准确性高，实现充填协同垮落式综采面充填段与垮落段矿压显现平稳过渡，进一步丰富本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法，其特征在于包括以下步骤：1）根据充填协同垮落式综采面充填目的确定具体充填方案，通过实验获取不同充填状态下固体充填物料密度参数；2）根据矿井产能设计充填协同垮落式综采面产量T1，计算充填协同垮落式综采面长度L总；3）根据固体充填物料设计充填量T2，计算充填段（1）长度L充及垮落段（2）长度L垮；4）进行充填协同垮落式综采区域煤岩层力学特性参数测试，获取煤岩体物理力学参数，采用FLAC3D数值模拟软件构建充填协同垮落式综采面矿压显现计算模型；5）基于First Optimization多元回归分析，得到充实率η与充垮比V因素与充填协同垮落式综采面过渡区域（3）高应力影响范围S以及高应力影响范围S内平均应力集中系数K的关系表达式；6）最后结合实际工程质参数，计算出充填协同垮落式综采面过渡区域（3）高应力影响区域范围S1以及覆岩平均应力集中系数K1，最终确定过渡区域（3）局部加强支架数量N和加强支护强度P过。

【技术特征摘要】
1.一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法，其特征在于包括以下步骤：1）根据充填协同垮落式综采面充填目的确定具体充填方案，通过实验获取不同充填状态下固体充填物料密度参数；2）根据矿井产能设计充填协同垮落式综采面产量T1，计算充填协同垮落式综采面长度L总；3）根据固体充填物料设计充填量T2，计算充填段（1）长度L充及垮落段（2）长度L垮；4）进行充填协同垮落式综采区域煤岩层力学特性参数测试，获取煤岩体物理力学参数，采用FLAC3D数值模拟软件构建充填协同垮落式综采面矿压显现计算模型；5）基于FirstOptimization多元回归分析，得到充实率η与充垮比V因素与充填协同垮落式综采面过渡区域（3）高应力影响范围S以及高应力影响范围S内平均应力集中系数K的关系表达式；6）最后结合实际工程质参数，计算出充填协同垮落式综采面过渡区域（3）高应力影响区域范围S1以及覆岩平均应力集中系数K1，最终确定过渡区域（3）局部加强支架数量N和加强支护强度P过。2.如权利要求1所述的一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法，其特征在于：所述步骤1）中，a．根据充填协同垮落式综采面消耗固体废弃物或控制岩层移动的充填目的确定充填方案，相应选择自然落料充填或密实充填方案；b．自然落料时固体充填物料密度为松散视密度ρ1，通过密度试验测试获取；密实充填时固体充填物料压实密度为ρ2，通过矸石压实实验测试获取。3.如权利要求1所述的一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法，其特征在于：所述步骤2）中，根据矿井产能需求，设计充填协同垮落式综采面产量T1，结合充填协同垮落式综采面相关工程参数，由下式计算充填协同垮落式综采面长度L总：式中：L推——充填协同垮落式综采面走向推进长度；M——充填协同垮落式综采面平均采高；ρ煤——煤密度。4.如权利要求1所述的一种充填协同垮落式综采面过渡区域局部强矿压控制方法，其特征在于：所述步骤3）中，根据充填协同垮落式综采面固体充填物料设计充填量T2，结合充填方案测试固体充填物料密度ρ，计算充填段（1）长度L充及垮落段（2）长度L垮，不同充填方案状态下充填段长度L充分别按以下公式计算：a、自然落料充填时：式中，H1——固体充填物料自然落料堆积高度；H2——底卸式刮板输送机卸料孔下端距顶板距离；ρ1——固体充填物料松散视密度；b、密实充填时：式中，H3——充填材料未接顶高度；H4——顶板提前下沉量；ρ2——密实充填时固体充填物料压实密度；垮落段（2）长度L垮为充填协同垮落式综采面总长度L总...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷伟，沈慧，尹祥凤，邵晓军，胡宇翔，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32