综采工作面支护形式优化方法技术

本发明专利技术提供了一种综采工作面支护形式优化方法，属于矿山支护技术领域。该方法包括：建立支护体系；划分若干现场试验段对每个试验段设置不同的支护参数单体支柱间排距和超前支架组数并测量支护参数单体支柱工作阻力和超前支架工作阻力；建立数值计算模型；将单体支柱方案和超前支架方案分别代入数值计算模型得出评价指标围岩应力提高率η

【技术实现步骤摘要】
综采工作面支护形式优化方法


[0001]本专利技术涉及矿山支护
，特别涉及一种综采工作面支护形式优化方法。

技术介绍

[0002]地下采煤方法主要包括短壁和长壁开采方法，其中长壁开采方法以其生产率高，通风性能好，在国内外被广泛应用。该开采方法开采1个工作面，需要提前掘进2条回采巷道，并留设1个护巷煤柱。煤炭开采过程中，回采巷道前方一定范围内围岩受到采动应力与地应力的叠加影响(超前压力影响范围)，巷道支护系统面临巨大的考验。目前巷道在超前压力影响范围内，普遍采用被动液压支柱(架)的超前支护形式，但该种形式需要大量人力操作，制约了煤炭的安全智能高效生产；同时不合理的被动支护参数造成成本较高、施工效率等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种综采工作面支护形式优化方法，该方法可以有效优化支柱、支架的超前被动支护形式以及超前被动支护参数。
[0004]为实现本专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供了一种综采工作面支护形式优化方法。所述方法包括建立现场锚固件主动支护、单体支柱被动支护和超前支架被动支护体系；划分若干现场试验段对每个试验段设置不同的支护参数单体支柱间排距和超前支架组数并测量支护参数单体支柱工作阻力和超前支架工作阻力；根据现场的地层参数、工作面参数和支护参数建立数值计算模型；将单体支柱方案和超前支架方案分别代入数值计算模型得出评价指标围岩应力提高率ηs、围岩表征变形量D、锚杆强度使用率ηb和锚索强度使用率ηc，其中，单体支柱方案包括单体支柱间排距和单体支柱工作阻力，超前支架方案包括超前支架组数和超前支架工作阻力；以及根据评价指标选择单体支柱方案和超前支架方案代入现场试验中以优化方案。
[0006]根据本专利技术的一实施方式，其中，划分若干现场试验段对每个试验段设置不同的支护参数单体支柱间排距和超前支架组数并测量支护参数单体支柱工作阻力和超前支架工作阻力包括：在现场设置若干试验段，每个试验段的长度设置为a
m
；对每个试验段设置不同的支护参数单体支柱间排距和超前支架组数；在每个试验段中部设置监测断面以测量支护参数单体支柱工作阻力和超前支架工作阻力。
[0007]根据本专利技术的一实施方式，其中，将单体支柱方案或者超前支架方案分别代入数值计算模型得出评价指标围岩应力提高率η
s
、围岩表征变形量D、锚杆强度使用率η
b
和锚索强度使用率η
c
，其中，单体支柱方案包括单体支柱间排距和单体支柱工作阻力，超前支架方案包括超前支架组数和超前支架工作阻力包括：改变单体支柱间排距并测得相应的单体支柱工作阻力以获得若干单体支柱方案；改变超前支架组数并测得相应的超前支架工作阻力以获得若干超前支架方案；将若干单体支柱方案和若干超前支架方案分别代入数值计算模
型得出若干评价指标，所述评价指标包括：围岩应力提高率、围岩表征变形量、锚杆强度使用率和锚索强度使用率。
[0008]根据本专利技术的一实施方式，其中，围岩应力提高率η
s
的计算公式为：
[0009][0010]其中，S
P
为围岩应力峰值，且S
P
为数值计算模型中应力云图中应力的最大值，S
O
为原岩应力，S
O
为现场测量值。
[0011]根据本专利技术的一实施方式，其中，围岩表征变形量D的计算公式为：
[0012][0013]其中，R
s
为顶板下沉量，D
f
为底臌量，D
s
为两帮移近量，且R
s
、D
f
、D
s
通过现场测量或者数值计算模型获得。
[0014]根据本专利技术的一实施方式，其中，锚杆强度使用率η
b
计算公式为：
[0015][0016]其中，F
(b—l)
为锚杆室内试验得到的极限破断力，F
b
为类锚索在数值与现场中的实际受力，F
(b—l)
根据材料性质获得，F
b
通过现场测量获得。
[0017]根据本专利技术的一实施方式，其中，锚索强度使用率η
c
计算公式为：
[0018][0019]其中，F
(c
‑
l)
为锚索室内试验得到的极限破断力，Fc为该类锚索在数值与现场中的实际受力，F
(c—l)
根据材料性质获得，F
c
通过现场测量获得。
[0020]根据本专利技术的一实施方式，其中，评价指标为：η
s
≤30％，40％≤η
b
≤80％，D
r
≤20cm，40％≤η
c
≤80％。
[0021]根据本专利技术的一实施方式，其中，根据评价指标选择单体支柱方案和超前支架方案代入现场试验中以优化方案包括：结合现场条件、经济性，选取优化后的单体支柱方案和超前支架方案；将优化后的单体支柱方案和超前支架方案代入现场，对围岩应力、位移、构件受力进行监测分析，反馈优化设计方法。
[0022]根据本专利技术的一实施方式，其中，优化后的单体支柱方案和超前支架方案包括：在满足现场安全的情况下，选取单体间排距最大，超前支架组数最少的方案。
[0023]本专利技术中的一个实施例具有如下优点或有益效果：
[0024]本专利技术的综采工作面支护形式优化方法建立现场锚固件主动支护、单体支柱被动支护和超前支架被动支护体系；划分若干现场试验段对每个试验段设置不同的支护参数单体支柱间排距和超前支架组数并测量支护参数单体支柱工作阻力和超前支架工作阻力；根据现场的地层参数、工作面参数和支护参数建立数值计算模型；将单体支柱方案和超前支架方案分别代入数值计算模型得出评价指标围岩应力提高率η
s
、围岩表征变形量D、锚杆强度使用率η
b
和锚索强度使用率η
c
，其中，单体支柱方案包括单体支柱间排距和单体支柱工作阻力，超前支架方案包括超前支架组数和超前支架工作阻力；以及根据评价指标选择单体
支柱方案和超前支架方案代入现场试验中以优化方案。有利于协调好主动支护和被动支护的耦合支护关系，在一定程度上降低超前被动支护成本与工人施工强度，保证工程安全。本专利技术方法简单合理、操作方便，是对综采工作面超前支护形式与参数优化设计的改进。
附图说明
[0025]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
[0026]图1是根据一示例性实施方式示出的一种综采工作面支护形式优化方法的流程图。
[0027]图2是根据一示例性实施方式示出的一种综采工作面支护形式优化方法的细节示意图。
具体实施方式
[0028]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综采工作面支护形式优化方法，其特征在于，包括：建立现场锚固件主动支护、单体支柱被动支护和超前支架被动支护体系；划分若干现场试验段对每个试验段设置不同的支护参数单体支柱间排距和超前支架组数并测量支护参数单体支柱工作阻力和超前支架工作阻力；根据现场的地层参数、工作面参数和支护参数建立数值计算模型；将单体支柱方案和超前支架方案分别代入数值计算模型得出评价指标围岩应力提高率η
s
、围岩表征变形量D、锚杆强度使用率η
b
和锚索强度使用率η
c
，其中，单体支柱方案包括单体支柱间排距和单体支柱工作阻力，超前支架方案包括超前支架组数和超前支架工作阻力；以及根据评价指标选择单体支柱方案和超前支架方案代入现场试验中以优化方案。2.根据权利要求1所述的综采工作面支护形式优化方法，其特征在于，划分若干现场试验段对每个试验段设置不同的支护参数单体支柱间排距和超前支架组数并测量支护参数单体支柱工作阻力和超前支架工作阻力包括：在现场设置若干试验段，每个试验段的长度设置为a
m
；对每个试验段设置不同的支护参数单体支柱间排距和超前支架组数；在每个试验段中部设置监测断面以测量支护参数单体支柱工作阻力和超前支架工作阻力。3.根据权利要求2所述的综采工作面支护形式优化方法，其特征在于，将单体支柱方案或者超前支架方案分别代入数值计算模型得出评价指标围岩应力提高率η
s
、围岩表征变形量D、锚杆强度使用率η
b
和锚索强度使用率η
c
，其中，单体支柱方案包括单体支柱间排距和单体支柱工作阻力，超前支架方案包括超前支架组数和超前支架工作阻力包括：改变单体支柱间排距并测得相应的单体支柱工作阻力以获得若干单体支柱方案；改变超前支架组数并测得相应的超前支架工作阻力以获得若干超前支架方案；将若干单体支柱方案和若干超前支架方案分别代入数值计算模型得出若干评价指标，所述评价指标包括：围岩应力提高率、围岩表征变形量、锚杆强度使用率和锚索强度使用率。4.根据权利要求3所述的综采工作面支护形式优化方法，其特征在于，围岩应力提高率η
s
的计算公式为：其中，S
P
为围岩应力峰值，且S
P<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，陈万胜，陈菲，蒋振华，曹宇翔，王帅，章冲，孟俊，
申请(专利权)人：北京力岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：