本发明专利技术提供一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法，包括：获取变形前预先设计的煤柱宽度、变形前预先设计的煤柱高度和变形后煤柱宽度，根据煤柱的面积计算公式，得到变形后的煤柱高度表达式；基于变形后的煤柱高度表达式、变形后煤柱宽度和煤柱强度计算公式，得到变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式；基于煤柱应力计算公式，得到煤柱掘进阶段的煤柱应力；基于煤柱掘进阶段的煤柱应力、应力集中系数、变形前煤柱宽度和单侧煤柱宽度增加量，得到变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式；基于变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式、变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式和煤柱表面支护阻力，得到单侧煤柱宽度增加量的值。度增加量的值。度增加量的值。
【技术实现步骤摘要】
沿空掘巷煤柱变形的计算方法及相关装置
[0001]本专利技术涉及采煤
，尤其涉及一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法及相关装置。
技术介绍
[0002]沿空掘巷基本上都是在采空区的边缘，预留一定宽度的煤柱掘进巷道，沿空掘巷有利于巷道维护。窄煤柱主要有两个作用，支撑上覆岩层载荷和防止相邻采空区的漏风、漏水，当煤柱上方的载荷即煤柱应力大于煤柱强度时，煤柱发生相应的变形，提高煤柱承载能力。
[0003]沿空掘巷是工作面顺槽的一种布置方式，服务于本工作面回采的要求，工作面回采之后，本工作面的沿空掘巷就没有价值，是一种短期工程。在进行沿空掘巷工程设计时，必须考虑经济价值和工程效果，提高煤炭资源的回采率，提高经济效益和社会效益，在满足工程需要的前提下，提前进行煤柱设计并计算煤柱的变形是非常必要的。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法及相关装置，用以在沿空掘巷设计时计算工作面回采阶段煤柱的变形。
[0005]本专利技术提供一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法，应用于工作面回采阶段，包括：
[0006]预先设计煤柱宽度和煤柱高度，在煤柱的安全系数小于1、煤柱的两侧变形相等且煤柱变形前后横截面面积不变的情况下，获取变形前预先设计的煤柱宽度、变形前预先设计的煤柱高度和变形后煤柱宽度，根据煤柱的面积计算公式，得到变形后的煤柱高度表达式；其中，所述变形后煤柱宽度包括所述变形前预先设计的煤柱宽度和单侧煤柱宽度增加量；
[0007]基于所述变形后的煤柱高度表达式、所述变形后煤柱宽度和煤柱强度计算公式，得到变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式；
[0008]基于煤柱应力计算公式，得到煤柱掘进阶段的煤柱应力；
[0009]基于所述煤柱掘进阶段的煤柱应力、应力集中系数、所述变形前预先设计的煤柱宽度和所述单侧煤柱宽度增加量，在煤柱宽度增加引起煤柱应力下降只考虑单边煤柱的变形的情况下，得到变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式；
[0010]基于所述变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式、所述变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式和煤柱表面支护阻力，得到所述单侧煤柱宽度增加量的值。
[0011]可选地，所述煤柱强度计算公式包括：
[0012][0013]其中，σ2为煤单轴抗压强度，w为煤柱宽度，h2为煤柱或者巷道高度。
[0014]可选地，所述煤柱应力计算公式包括：
[0015][0016]其中，w1为巷道宽度，w为煤柱宽度，h为煤层采高，g为重力加速度，θ为侧向支承角，H为裂隙带高度，γ为工作面上覆岩层容重。
[0017]可选地，所述煤表面支护阻力包括：
[0018]煤岩体的三轴系数和锚杆支护作用对煤柱的围压；
[0019]其中，所述煤岩体的三轴系数包括煤岩体内摩擦角；
[0020]所述锚杆支护作用对煤柱的围压包括：锚杆索的端部工作载荷和单根锚杆支护面积。
[0021]本专利技术提供一种沿空掘巷煤柱变形的计算装置，包括：
[0022]第一计算模块，用于预先设计煤柱宽度和煤柱高度，在煤柱的安全系数小于1、煤柱的两侧变形相等且煤柱变形前后横截面面积不变的情况下，获取变形前预先设计的煤柱宽度、变形前预先设计的煤柱高度和变形后煤柱宽度，根据煤柱的面积计算公式，得到变形后的煤柱高度表达式；其中，所述变形后煤柱宽度包括所述变形前预先设计的煤柱宽度和单侧煤柱宽度增加量；
[0023]第二计算模块，用于基于所述变形后的煤柱高度表达式、所述变形后煤柱宽度和煤柱强度计算公式，得到变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式；
[0024]第三计算模块，用于基于煤柱应力计算公式，得到煤柱变形前的煤柱应力；
[0025]第四计算模块，用于基于所述变形前的煤柱应力、所述变形前预先设计的煤柱宽度和所述单侧煤柱宽度增加量，在煤柱宽度增加引起煤柱应力下降只考虑单边煤柱的变形的情况下，得到变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式；
[0026]第五计算模块，用于基于所述变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式、所述变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式和煤柱表面支护阻力，得到所述单侧煤柱宽度增加量的值。
[0027]可选地，所述煤柱强度计算公式包括：
[0028][0029]其中，σ2为煤单轴抗压强度，w为煤柱宽度，h2为煤柱或者巷道高度。
[0030]可选地，所述煤柱应力计算公式包括：
[0031][0032]其中，w1为巷道宽度，w为煤柱宽度，h为煤层采高，g为重力加速度，θ为侧向支承角，H为裂隙带高度，γ为工作面上覆岩层容重。
[0033]可选地，所述煤表面支护阻力包括：
[0034]煤岩体的三轴系数和锚杆支护作用对煤柱的围压；
[0035]其中，所述煤岩体的三轴系数包括煤岩体内摩擦角；
[0036]所述锚杆支护作用对煤柱的围压包括：锚杆索的端部工作载荷和单根锚杆支护面积。
[0037]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器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如上述任一种所述沿空掘巷煤柱变形的计算方法的步骤。
[0038]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述沿空掘巷煤柱变形的计算方法的步骤。
[0039]本专利技术提供的一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法及相关装置，应用于掘进阶段，通过获取变形前预先设计的煤柱宽度和变形前预先设计的煤柱高度，根据煤柱的面积计算公式、煤柱强度计算公式和煤柱应力计算公式，得到煤柱变形后单侧煤柱宽度增加量的值。通过本专利技术提供的方法和装置，能在沿空掘巷设计煤柱时事先计算工作面回采阶段煤柱的变形，进行煤柱的设计。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]图1是本专利技术提供的沿空掘巷煤柱变形的计算方法的流程示意图；
[0042]图2是本专利技术提供的采空区侧向岩层分布示意图；
[0043]图3是本专利技术提供的沿空掘巷煤柱承载结构示意图；
[0044]图4是本专利技术提供的回采期间锚杆端部载荷变化曲线示意图；
[0045]图5是本专利技术提供的沿空掘巷煤柱变形的计算装置的结构示意图；
[0046]图6是本专利技术提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0047]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法，应用于工作面回采阶段，其特征在于，包括：预先设计煤柱宽度和煤柱高度，在煤柱的安全系数小于1、煤柱的两侧变形相等且煤柱变形前后横截面面积不变的情况下，获取变形前预先设计的煤柱宽度、变形前预先设计的煤柱高度和变形后煤柱宽度，根据煤柱的面积计算公式，得到变形后的煤柱高度表达式；其中，所述变形后煤柱宽度包括所述变形前预先设计的煤柱宽度和单侧煤柱宽度增加量；基于所述变形后的煤柱高度表达式、所述变形后煤柱宽度和煤柱强度计算公式，得到变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式；基于煤柱应力计算公式，得到煤柱掘进阶段的煤柱应力；基于所述煤柱掘进阶段的煤柱应力、应力集中系数、所述变形前预先设计的煤柱宽度和所述单侧煤柱宽度增加量，在煤柱宽度增加引起煤柱应力下降只考虑单边煤柱的变形的情况下，得到变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式；基于所述变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式、所述变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式和煤柱表面支护阻力，得到所述单侧煤柱宽度增加量的值。2.根据权利要求1所述的沿空掘巷煤柱变形的计算方法，其特征在于，所述煤柱强度计算公式包括：其中，σ2为煤单轴抗压强度，w为煤柱宽度，h2为煤柱或者巷道高度。3.根据权利要求1所述的沿空掘巷煤柱变形的计算方法，其特征在于，所述煤柱应力计算公式包括：其中，w1为巷道宽度，w为煤柱宽度，h为煤层采高，g为重力加速度，θ为侧向支承角，H为裂隙带高度，γ为工作面上覆岩层容重。4.根据权利要求1所述的沿空掘巷煤柱变形的计算方法，其特征在于，所述煤表面支护阻力包括：煤岩体的三轴系数和锚杆支护作用对煤柱的围压；其中，所述煤岩体的三轴系数包括煤岩体内摩擦角；所述锚杆支护作用对煤柱的围压包括：锚杆索的端部工作载荷和单根锚杆支护面积。5.一种沿空掘巷煤柱变形的计算装置，其特征在于，包括：第一计算模块，用于预先设计煤柱宽度和煤柱高度，在煤柱的安全系数小于1、煤柱的两侧变形相等且煤柱变形前后横截面面积不变的情况下，获取变形前预先设计的煤柱宽度、变形...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴志刚，褚晓威，李文洲，石蒙，汪占领，李中伟，范明建，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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