一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法，涉及煤层开采技术领域。该方法包括：根据浅埋煤层群层间双关键层的工作面矿压特征中大周期来压时支架载荷大的特征，建立大周期来压工作面顶板结构模型；根据大周期来压工作面顶板结构模型，确定支架载荷为直接顶重量和下位关键层斜台阶岩梁结构施加载荷之和；根据支架载荷和支护效率，确定浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷。本发明专利技术确定的方法以矿压实测及物理相似模拟为依据，得出了工作面矿压显现特征，建立了浅埋煤层群层间双关键层结构模型，提出支架载荷的确定方法，可为此类条件下工作面支架载荷的确定提供依据。

A method for determining the support load of the double key stratum structure in the shallow seam

The invention discloses a method for determining the load of a support layer of a double key layer structure in a shallow coal seam, which relates to the technical field of coal seam mining. The method includes: according to the characteristics of support load of shallow coal seam group layer surface double key layer mine pressure cycle characteristics to pressure, establish the cycle pressure of working face roof structure model; pressure working face roof structure model according to the cycle, to determine the support load directly top and lower weight the key layer oblique step beam structure under the applied load and; according to the load of support and support efficiency, determine the shallow buried coal seam group layers of double layer structure of key support load. The method to determine the pressure measurement and physical similarity according to the simulation, the ground pressure characteristics, established in shallow seam double layer structure model of group key layer, proposes a method for determining support load, which can provide basis for determining the conditions of support load in working face.

【技术实现步骤摘要】
一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法
本专利技术涉及煤层开采
，更具体的涉及一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法。
技术介绍
我国西部神府矿区浅埋煤层群储量丰富，随着煤炭资源开发，浅埋煤层上部的单一煤层已开采殆尽，大部分矿井进入下部煤层开采，工作面存在动压灾害，造成压架等事故，威胁矿区安全生产。层间具有双关键层结构类型的浅埋煤层群在神府矿区较为常见，目前，对浅埋煤层群的开采研究，主要集中于过上覆煤柱的工作面异常来压与顶板控制研究，但是关于浅埋煤层群层间具有双关键层结构的下煤层工作面支架载荷的确定研究较少，有待创新。神府矿区层间具有双关键层结构的浅埋煤层群，煤层间距一般为28～45m。工作面动载系数较大，存在大小周期来压，表现为近浅埋煤层的矿压特征。关于此类条件下开采的工作面顶板结构与支架载荷研究成果甚少，成为矿区亟待解决的技术难题。目前，支架载荷的确定方法主要有以下五种：(1)采高容重估算法：按采高4～8倍岩柱重量估算。(2)砌体梁结构法：一般从老顶结构的滑落失稳确定支架载荷。(3)威尔逊法：只考虑直接顶的形状与载荷，支架载荷为直接顶载荷与顶板附加力之和。(4)“台阶岩梁”法：浅埋煤层顶板来压的机理是顶板结构滑落失稳。(5)工程类比法：总结分析开采条件类似的工作面矿压特征与支架选型，为本工作面支架载荷的确定提供参考。针对浅埋煤层群层间双关键层结构下煤层工作面开采条件，现有支架载荷确定方法分别存在以下缺点：(1)采高容重估算法：适用于采高不大的条件，采高较大时准确性差。(2)砌体梁结构法：不适用于浅埋煤层的开采条件。(3)威尔逊法：Q3载荷是一个不定值，不易确定。(4)“台阶岩梁”法：主要适用于浅埋单一煤层开采支架载荷确定，不能直接用来确定浅埋煤层群层间双关键层结构下煤层工作面支架载荷。(5)工程类比法：开采条件存在差异，且样本有限，不能直接应用。以上支架载荷的确定方法主要针对单一煤层开采，而对于浅埋煤层群层间双关键层结构的下煤层工作面支架载荷的确定，并没有相关成果对矿压特征与顶板结构进行系统分析，缺少一种此类条件下开采支架载荷的确定方法。综上所述，现有技术中，存在单一煤层工作面支架载荷的确定方法，但没有对浅埋煤层群下煤层工作面矿压特征与顶板结构进行系统分析，不能应用于浅埋煤层群层间双关键层结构的下煤层工作面支架载荷的确定的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法，用以解决现有技术中没有对浅埋煤层群下煤层工作面矿压特征与顶板结构进行系统分析，不能应用于浅埋煤层群层间双关键层结构的下煤层工作面支架载荷的确定的问题。本专利技术实施例提供一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法，包括：根据浅埋煤层群层间双关键层的工作面矿压特征中大周期来压时支架载荷大的特征，建立大周期来压工作面顶板结构模型；根据大周期来压工作面顶板结构模型，确定支架载荷为直接顶重量和下位关键层斜台阶岩梁结构施加载荷之和；根据支架载荷和支护效率，通过公式(111)，确定浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷；所述公式(111)，如下所示：其中，Pm为浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷；μ为支护效率；b为支架宽度；lk为支架控顶距；h为下位关键层厚度；ρ1g为直接顶的体积力；α为岩层破断角；L1为斜台阶岩梁块长度；m2为下煤层采高；∑h为直接顶的厚度；ρg为下位关键层的体积力；h1为下载荷层厚度；P0为砌体梁岩块M1自重及其覆载；L2为砌体梁块长度；为岩块间摩擦角；h2为上位关键层厚度。较佳地，通过矿压实测分析和物理相似模拟，确定浅埋煤层群层间双关键层的工作面矿压特征；其中，所述工作面矿压特征包括：层间双关键层呈分层垮落特征；工作面存在大小周期来压现象，下位关键层垮落引起小周期来压，工作面来压小，双关键层整体垮落导致工作面的大周期强烈来压，支架载荷大；下位关键层首先破断形成“斜台阶岩梁”结构；间隔层双关键层同步破断上位关键层形成“砌体梁”结构。较佳地，所述直接顶重量，由下式确定：W＝blk∑hρ1g其中，W为直接顶重量。较佳地，根据大周期来压工作面顶板结构模型和斜台阶岩梁结构分析法，确定所述下位关键层斜台阶岩梁结构施加载荷；所述下位关键层斜台阶岩梁结构施加载荷，由下式确定：其中，R1为下位关键层斜台阶岩梁结构施加载荷；θ为斜台阶岩梁块M的回转角；ω1为斜台阶岩梁块M的回转下沉量；a为接触面高度；为关键块端角摩擦系数；P1为斜台阶岩梁块M及承受的载荷。较佳地，所述斜台阶岩梁块M及承受的载荷为斜台阶岩梁块M与下载荷层重量和砌体梁块M1传递载荷；所述斜台阶岩梁块M与下载荷层重量，由下式确定：R2＝(hρg+h1ρ1g)bL1根据砌体梁结构分析方法，确定所述砌体梁块M1传递载荷；所述砌体梁块M1传递载荷，由下式确定：其中，R2为斜台阶岩梁块M与下载荷层重量；R3为砌体梁块M1传递载荷；ω2为砌体梁块M1的回转下沉量；P0为砌体梁岩块M1自重及其覆载。较佳地，所述砌体梁岩块M1自重及其覆载，由下式确定：其中，KG为载荷传递因子；h3为上载荷层厚度。本专利技术实施例中，提供一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法，与现有技术相比，其有益效果为：本专利技术专利旨在确立一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法，确保工作面的安全高效回采，为该类浅埋煤层群工作面安全、经济开采提供新技术。本专利技术确定的方法以矿压实测及物理相似模拟为依据，得出了工作面矿压显现特征，建立了浅埋煤层群层间双关键层结构模型，提出支架载荷的确定方法，可为此类条件下工作面支架载荷的确定提供依据。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法流程图；图2(a)为本专利技术实施例提供的层间关键层破断特征之小周期来压；图2(b)为本专利技术实施例提供的层间关键层破断特征之大周期来压；图3为本专利技术实施例提供的大周期来压工作面顶板结构。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法流程图。如图1所示，该方法包括：步骤S101，根据浅埋煤层群层间双关键层的工作面矿压特征中大周期来压时支架载荷大的特征，建立大周期来压工作面顶板结构模型。需要说明的是，通过矿压实测分析和物理相似模拟，确定浅埋煤层群层间双关键层的工作面矿压特征。其中，矿压实测分析，具体如下：实例一：补连塔22306工作面补连塔22306工作面开采2-2煤，煤层倾角1～3°，埋深101～253m，采高6.8m，工作面选用ZY18000/32/70D型两柱掩护式支架。位于其上部1-2煤的12307工作面经回采成为采空区，采高5.4m，煤层间距28～35m，层间具有双关键层结构。22306工作面存在大小周期来压，小周期来压步距平均13m，来压期间支架平均工作阻力16900kN/架；大周期来压步距平均37m，来压期间支架平均工作阻力19700kN/架本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法，其特征在于，包括：根据浅埋煤层群层间双关键层的工作面矿压特征中大周期来压时支架载荷大的特征，建立大周期来压工作面顶板结构模型；根据大周期来压工作面顶板结构模型，确定支架载荷为直接顶重量和下位关键层斜台阶岩梁结构施加载荷之和；根据支架载荷和支护效率，通过公式(111)，确定浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷；所述公式(111)，如下所示：

【技术特征摘要】
1.一种浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法，其特征在于，包括：根据浅埋煤层群层间双关键层的工作面矿压特征中大周期来压时支架载荷大的特征，建立大周期来压工作面顶板结构模型；根据大周期来压工作面顶板结构模型，确定支架载荷为直接顶重量和下位关键层斜台阶岩梁结构施加载荷之和；根据支架载荷和支护效率，通过公式(111)，确定浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷；所述公式(111)，如下所示：其中，Pm为浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷；μ为支护效率；b为支架宽度；lk为支架控顶距；h为下位关键层厚度；ρ1g为直接顶的体积力；α为岩层破断角；L1为斜台阶岩梁块长度；m2为下煤层采高；∑h为直接顶的厚度；ρg为下位关键层的体积力；h1为下载荷层厚度；P0为砌体梁岩块M1自重及其覆载；L2为砌体梁块长度；为岩块间摩擦角；h2为上位关键层厚度。2.如权利要求1所述的浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法，其特征在于，通过矿压实测分析和物理相似模拟，确定浅埋煤层群层间双关键层的工作面矿压特征；其中，所述工作面矿压特征包括：层间双关键层呈分层垮落特征；工作面存在大小周期来压现象，下位关键层垮落引起小周期来压，工作面来压小，双关键层整体垮落导致工作面的大周期强烈来压，支架载荷大；下位关键层首先破断形成“斜台阶岩梁”结构；间隔层双关键层同步破断上位关键层形成“砌体梁”结构。3.如权利要求1所述的浅埋煤层群层间双关键层结构支架载荷的确定方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆享，曹健，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61