一种浅埋煤层大采高顶板初次来压时支架工作阻力的确定方法技术

本发明专利技术涉及浅埋煤层大采高开采技术领域。针对浅埋煤层大采高顶板初次来压时的支架阻力不能满足生产实践的上述问题，本发明专利技术提供一种浅埋煤层大采高顶板初次来压时支架工作阻力的确定方法，将基本顶视为带边裂纹的岩梁，在外荷载作用下裂纹扩展贯通，通过断裂力学中研究裂纹的方法来研究基本顶岩梁的垮落及支护条件，经过理论推导得到支架工作阻力的计算公式：

【技术实现步骤摘要】
一种浅埋煤层大采高顶板初次来压时支架工作阻力的确定方法
本专利技术涉及浅埋煤层大采高开采
，更具体的涉及一种浅埋煤层大采高顶板初次来时支架工作阻力的确定方法。
技术介绍
在我国西北的甘肃、宁夏及内蒙等地富含大量埋深在150m以内的浅埋煤层，煤层赋存具有浅埋深、薄基岩和上覆厚松散砂层等典型特征。随着综采机械化开采程度的提高，煤层开采高度不断增大，大采高容易造成覆岩破坏范围的加大，低位基本顶破断转化为“悬臂梁”，构成直接顶，高位基本顶破断形成“砌体梁”，来压过程容易形成“悬臂梁-砌体梁”结构，来压过程中容易出现直至地表的全厚式切落，矿压显现更加剧烈且影响范围更大。大采高浅埋煤层开采，基本顶的来压机理、破断结构、来压步距和支架工作阻力的确定是亟待解决的问题。长期以来，顶板来压的研究主要集中在基本顶周期来压的破断结构、来压特征、来压步距、支架工作阻力等内容，初次来压的研究较少，尤其是浅埋煤层大采高条件下顶板初次来压时破断的力学机理、破断结构及防止顶板沿煤壁滑落失稳支架支护阻力的确定方法有待深入研究。国内学者针对大采高条件下顶板来压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浅埋煤层大采高顶板初次来压时支架工作阻力的确定方法，其特征在于，所述支架工作阻力R的计算公式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种浅埋煤层大采高顶板初次来压时支架工作阻力的确定方法，其特征在于，所述支架工作阻力R的计算公式为：



式中，hi为第i层“悬臂梁”厚度，单位m；Li为第i层“悬臂梁”长度，单位m；RTi为岩石的抗拉强度，单位MPa；qi为“悬臂梁”单位长度上的载荷，单位MPa；单位kN；lr为煤壁到支架立柱作用中心线的距离，单位m；k为考虑相邻支架前移后的设计系数，取1.10～1.25；b为液压支架的宽度，单位m；μ为支架的支护效率；Kc为岩石的断裂韧性，单位MN/m3/2；l为基本顶长度，单位m；T为基本顶岩梁两侧岩体的水平挤压力，单位kN；Fσ、Fτ、FM是计算应力强度因子的相关系数；a为垂直边裂纹长度，单位m；q为基本顶岩梁承受的上覆岩层的均布荷载，单位MPa；h为裂纹板宽度，单位m；m为最上层直接顶与基本顶接触面长度，单位m；λ为裂纹扩展的压剪比系数；
Fτ、FM、Fσ分别由以下公式计算得到，其他参数均由实际测量或理论计算获得，











2.根据权力要求1所述的支架工作阻力的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据顶板岩梁下侧采动拉裂损伤累计形成拉裂纹，将基本顶视为带边裂纹的岩梁，在外荷载作用下裂纹扩展贯通，裂纹扩展贯通的过程就是顶板岩梁回转来压的过程，初次破断来压情况下，基本顶岩梁承受的荷载包括岩梁的自重及上覆岩层的均布荷载q、支架提供的支承作用力Q，基本顶岩梁两侧岩体的水平挤压力T，两侧岩体剪应力F；最上层直接顶与基本顶接触面长度为m，基本顶长度为l，主控裂纹与左侧开切眼煤壁距离为c，垂直边裂纹长度为a，裂纹板宽度为h；
根据断裂力学中主控裂纹受力扩展分析方法，将基本顶结构视为带边裂纹的有限板模型，基本顶岩梁裂缝主要受到拉应力σ、剪应力F(c)和弯矩M的作用，将水平挤压力T分解成作用在顶板横截面上的均布拉应力σ，其中σ＝-T/h；上覆岩层荷载分解成集中力和ql弯矩M，其中ql、支架提供的支承作用力Q以及岩梁两侧受到的剪应力F的合力形成对岩梁...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨登峰，张拥军，唐世斌，聂闻，谢生荣，陈忠辉，贾天让，梁运培，张立伟，张冰，赵限维，秦朝辉，张维，王盛，刘思佳，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37