大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置，涉及煤矿开采技术领域，可以解决在开采大倾角煤层时，无法准确确定大倾角综采工作面的支护强度，容易引发工作面支架压垮事故的问题。其中方法包括：获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；将所述目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段、失稳段；创建所述滑移段及所述失稳段的力学模型；基于所述力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度。本申请适用于对大倾角综采工作面支护强度的确定。

Determination method and device of support strength in fully mechanized face with large angle of inclination

The application discloses a method and device for determining the support strength of a fully mechanized coal face with a large angle of inclination, which relates to the technical field of coal mining, and can solve the problem that when mining a coal seam with a large angle of inclination, the support strength of a fully mechanized coal face with a large angle of inclination cannot be accurately determined, which is easy to cause the collapse accident of the support of the working face. The method includes: obtaining the coal seam occurrence condition and mining technical condition parameters of the target large angle working face; dividing the direct roof of the target large angle working face into multi section areas according to the roof movement state in the inclined direction, and the multi section areas include: sliding section and instability section; creating the mechanical model of the sliding section and the instability section; based on the mechanical model and The coal seam occurrence condition and mining technical condition parameters are used to calculate the support strength of the target large angle working face. The application is applicable to the determination of the support strength of the fully mechanized face with large angle of inclination.

【技术实现步骤摘要】
大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置
本申请涉及煤矿开采
，尤其涉及到一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置。
技术介绍
我国矿井煤层赋存条件多样，多数矿区煤层都受地质构造影响较大。会造成大倾角煤层开采难度较大，工作面回采时，垂直岩层层面的作用力减小，其顶板较缓倾斜煤层顶板更难以冒落，如果后方采空区不能及时被垮落矸石充填，一旦顶板悬露达到一定面积，都有可能突然发生大面积垮落，压垮工作面支架并对人员造成伤害。此外，大倾角工作面往往需要排列100-200个不等的综采支架，单个综采支架往往重量达数十吨，由于倾角因素，大倾角工作面支架稳定性差，极易发生重心外移并造成连环倒架事故。近年来大倾角工作面支架压垮事故仍处于高发态势，因而有效确定出大倾角工作面的支护强度，对开采工作是十分有益的。目前现有的确定大倾角工作面支护强度的方法可包括：顶板结构分析法，即工作面支架支护强度要满足支撑直接顶的重量，并平衡基本顶失稳时对支架的动载；数值分析法，即通过数值模拟软件，建立一个大倾角开采计算机模型，采用数值模拟手段对不同支护强度下支架控顶区范围内顶板下沉量进行模拟，然后得出一个合理的支护强度；工程类比分析法，即统计国内或邻近矿区类似煤层或工作面开采的支护强度，然后进行修正。然而，上述三种确定大倾角综采工作面支护强度的方法，均存在盲目性高、偏差较大、可借鉴度不高等缺点，在实践中难以推广应用。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置，主要目的在于解决在开采大倾角煤层时，无法准确确定大倾角综采工作面的支护强度，容易引发工作面支架压垮事故的问题。根据本申请的一个方面，提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法，该方法包括：获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；将所述目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段、失稳段；创建所述滑移段及所述失稳段的力学模型；基于所述力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度。根据本申请的另一个方面，提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置，该装置包括：获取模块，用于获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；划分模块，用于将所述目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段、失稳段；创建模块，用于创建所述滑移段及所述失稳段的力学模型；计算模块，用于基于所述顶板力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度。根据本申请的又一个方面，提供了一种非易失性可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述大倾角综采工作面支护强度的确定方法。根据本申请的再一个方面，提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置，包括非易失性可读存储介质、处理器及存储在非易失性可读存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述大倾角综采工作面支护强度的确定方法。借由上述技术方案，本申请提供的大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置，与目前常见的通过顶板结构分析法、数值分析法、工程类比分析法来确定大倾角工作面支护强度的方式相比，本申请基于对煤矿现场物理结构模型进行简化，自主创新开发了新的力学模型，通过精准的力学计算获得工作面支护强度数值，科学合理；本申请的采场物理和力学模型所依据参数均来源于煤矿现场实测，准确性高，无任何主观判断成分，与数值模拟方法相比，减少了人为干预的可能性；本申请提供的大倾角工作面支护强度确定方法简介易操作，根据煤层具体参数，通过上述的力学计算，即可确定工作面支护强度数值，与工程类比方法相比，减少了大面积类似矿井或煤层调研的工作量。上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本地申请的不当限定。在附图中：图1示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法的流程示意图；图2示出了本申请实施例提供的另一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法的流程示意图；图3示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度确定方法所依据的顶板垮落结构模型图；图4示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度确定方法所依据的失稳段顶板力学模型图；图5示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度确定方法所依据的滑移段顶板力学模型图；图6示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置的结构示意图；图7示出了本申请实施例提供的另一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置的结构示意图。具体实施方式下文将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。针对目前在开采大倾角煤层时，无法准确确定大倾角综采工作面的支护强度，容易引发工作面支架压垮事故的问题，本实施例提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法，如图1所示，该方法包括：101、获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数。其中，目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数为在进行大倾角煤层工作面开采前或开采进行时，通过检测设备实时动态获取的煤矿现场目标大倾角工作面的基本数据参数值，可包括该工作面的斜长、煤层厚度、煤层倾角、直接顶厚度及岩性、老顶厚度及岩性、直接顶岩层的碎胀系数、岩石垮落安息角等一系列参数。对于本实施例的执行主体可为用于确定大倾角综采工作面支护强度的设备或装置，可通过构建力学模型，利用目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数，计算得到较为精确的大倾角综采工作面支护强度。102、将目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，其中多段区域包括：滑移段、失稳段。对于本实施例，在具体的应用场景中，从力学角度分析，大倾角工作面垂直层面的作用力较小，而沿层面方向的滑动力较大，顶板离层后易沿层面滑动，造成大范围的片帮冒顶和支架压垮事故。由于倾角较大，采空区垮落的矸石也会从工作面的上部自动向下部滑滚，对下部采空区进行充填，而上部采空区则处于空置状态。因此，开采大倾角煤层时垮落带、裂隙带和下沉带的分布情况与缓倾斜煤层差异性较大。大倾角工作面顶板发生破断垮落后，冒落矸石下滑充满下部采空区，而中上部则为充填或未充填完全，其顶板运动的多维性和不对称性影响大倾角采场的矿压显现。大倾角煤层工作面采场顶板岩层的变形、破坏和运动形式有别于缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法，其特征在于，包括：/n获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；/n将所述目标大倾角工作面直接顶板(4)在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段(1)、失稳段(2)；/n创建所述滑移段(1)及所述失稳段(2)的力学模型；/n基于所述力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度。/n

【技术特征摘要】
1.一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法，其特征在于，包括：
获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；
将所述目标大倾角工作面直接顶板(4)在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段(1)、失稳段(2)；
创建所述滑移段(1)及所述失稳段(2)的力学模型；
基于所述力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑移段(1)的力学模型为：
F1+γhl1cosα＝F2，T＝γhsinα·l1-F1f1-F2f2，其中，f1为直接顶板(4)与老顶(5)间的摩擦系数，f2为直接顶板(4)与支架顶梁(6)间的摩擦系数，F1为覆岩对直接顶板(4)的作用力，F2为支架顶梁(6)对直接顶板(4)的作用力，T为直接顶板(4)滑移段(1)的下滑力，γ为直接顶板(4)的容重，α为工作面煤层倾角，l1为所述滑移段(1)的长度，h为直接顶板(4)的厚度。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述失稳段(2)的力学模型为：

其中，P为支架顶梁(6)对直接顶板(4)的支护强度，T为直接顶板(4)滑移段(1)的下滑力，FS为支架顶梁(6)和直接顶板(4)间的层面摩擦力，h为直接顶板(4)的厚度，γ为直接顶板(4)的容重，α为工作面煤层倾角。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度，具体包括：
通过所述失稳段(2)的力学模型确定所述目标大倾角工作面的压垮失稳条件；
将所述失稳段(2)的变形特征及所述滑移段(2)的力学模型代入所述压垮失稳条件中，计算得到所述滑移段(2)的下滑力；
利用所述滑移段(2)的下滑力计算所述目标大倾角工作面直接顶板(4)滑移段(1)的附加荷载；
通过所述附加荷载确定所述目标大倾角工作面的支架支护强度。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述附加荷载的计算公式为：其中，P...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志忠，杨晓成，徐刚，付书俊，潘黎明，赵岩峰，郑建平，杨勇，赵杰，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，阳泉煤业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11