一种近距离煤层协调开采最大支架工作阻力确定方法技术

本发明专利技术公开了一种近距离煤层协调开采最大支架工作阻力确定方法，属于近距离煤层开采领域

【技术实现步骤摘要】
一种近距离煤层协调开采最大支架工作阻力确定方法


[0001]本专利技术涉及煤炭开采
，特别是一种近距离煤层群开采工作面最大支架工作阻力确定方法
。

技术介绍

[0002]液压支架作为采煤工作面控制采场矿压的重要构筑物，能够有效平衡采煤工作面的顶板压力，也就是说，液压支架必须具备一定的工作阻力
。
[0003]在采煤工作面的实际生产中，液压支架所能承受的最大负载能力称为支架额定工作阻力，而液压支架实际承受的负载能力称为支架实际工作阻力
。
[0004]一般地，当工作面来压期间，支架实际工作阻力超过额定工作阻力时，液压支架可能发生采场大面积压架
、
冒顶事故，严重威胁工人安全，同时造成支架等生产设备的损坏，影响工作面正常生产，而当液压支架的实际工作阻力小于额定工作阻力的
90
％时，则认为支架载荷利用率不高，支架性能无法充分发挥，支架选型不合理，造成吨煤成本增加的问题
。
因此，液压支架额定工作阻力的确定对工作面乃至矿井生产具有极其重要的意义
。
[0005]目前，支架工作阻力确定的主要方法包括经验估算法
、
现场实测法
、
砌体梁结构分析法等，中国专利申请
CN106919744A
与
CN108825236A
分别公布了一种浅埋近距离煤层群开采顶板初次来压支架支护阻力的确定方法与一种浅埋近距离煤层群顶板周期来压支护阻力确定方法，该类方法包括通过工作面初次来压关键层形成的“非对称三铰拱结构”或结合周期来压时关键层台阶下沉量
、
周期破断形态等因素建立的力学模型来计算支架的支护助力；然而上述方法仅针对近距离煤层群下行开采时的支架工作阻力计算，对于一些需要上下行协调开采来解决稀缺煤种配采问题的矿区来说将不再适用
。

技术实现思路

[0006]本专利技术克服现有技术存在的不足，提供一种普适性强
、
结果可靠性高的近距离煤层协调开采最大支架工作阻力确定方法，该方法适用于近距离煤层群上行开采
、
下行开采或上下行协调开采时，工作面最大支架工作阻力的确定，为类似近距离煤层群协调开采最大支架工作阻力计算提供新方法
。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：一种近距离煤层协调开采最大支架工作阻力确定方法，包括以下步骤：
[0008]S1、
根据相关资料判断当前煤层上覆是否存在可采煤层，若不存在可采煤层则进入步骤
S7
，若上覆存在煤层则需判断可采煤层是否已经开采，则进入步骤
S2
；
[0009]S2、
判断上覆可采煤层是否已经全部开采，若全部未开采则进入步骤
S7
，若部分开采则进入步骤
S4
，若全部已经开采完毕则进入步骤
S3
；
[0010]S3、
判断当前煤层与上覆可采煤层间的距离，若大于
30m
则进入步骤
S4
，若小于或等于
30m
则进入步骤
S5
；
[0011]S4、
通过地质雷达
、
钻孔窥视等手段判断层间岩层是否完整，若层间岩层完整，则
进入步骤
S7
，若层间岩层不完整，则进入步骤
S5
；
[0012]S5、
结合地质钻孔资料与相关岩石力学实验，判断层间是否存在硬岩，若存在硬岩则进入步骤
S6
，若不存在硬岩则建立“散体给定载荷结构”力学模型计算最大支架工作阻力；
[0013]S6、
若层间存在单层硬岩则建立“散体给定载荷
‑
砌体梁式平衡结构”力学模型计算最大支架工作阻力，若层间存在多层硬岩则进入步骤
S7。
[0014]S7、
根据“砌体梁式平衡结构”力学模型计算最大支架工作阻力
。
[0015]所述步骤
S5
中“散体给定载荷结构”力学模型计算最大支架工作阻力的计算公式如下：
[0016]P
＝
Q0+P
S
[0017]其中，
P
为最大支架工作阻力；
Q0为支架控顶距范围内直接顶的重量；
P
s
为矸石散体拱的载荷；
Q0与
P
s
的计算公式如下：
[0018][0019]其中，
n1为支架控顶距范围内直接顶岩层的层数，支架控顶距范围内的直接顶岩层从下到上进行编号为：
1,2
，
…
，
i
，
…
，
n1；
γ
i
为支架控顶距范围内第
i
层直接顶岩层的容重；
h
i
为支架控顶距范围内第
i
层直接顶岩层的厚度；
l
i
为支架控顶距范围内第
i
层直接顶岩层的悬顶距；
[0020][0021]其中，
∑h
s
为矸石散体拱高度；
l
s
为矸石散体拱跨距；
K
s
为散体拱修正系数；
α
为矸石散体拱自然安息角；
γ
s
为矸石散体拱容重
。
[0022]所述步骤
S6
中“散体给定载荷
‑
砌体梁式平衡结构”力学模型计算最大支架工作阻力的计算公式如下：
[0023]P
＝
Q0+F
[0024]其中，
F
为“散体给定载荷
‑
砌体梁式平衡结构”基本顶滑落失稳作用在支架上的力，计算公式如下：
[0025][0026]其中，
Q
A+B
为“散体给定载荷
‑
砌体梁式平衡结构”岩块
A
与
B
重量及其所受载荷；
l
B
为岩块
B
长度；
Q
B
为岩块
B
重量及其所受载荷；
h
B
为岩块
B
厚度；
δ
为岩块
B
的下沉量，为岩块
B
的内摩擦角；
θ
为岩块
B
的破断角；
Q
A+B
、
δ
与
θ
的计算公式如下：
[0027]Q
A+B
＝
Q
A
+Q
B
+P
S
[0028][0029][0030][0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种近距离煤层协调开采最大支架工作阻力确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
根据相关资料判断当前煤层上覆是否存在可采煤层，若不存在可采煤层则进入步骤
S7
，若上覆存在煤层则需判断可采煤层是否已经开采，则进入步骤
S2
；
S2、
判断上覆可采煤层是否已经全部开采，若全部未开采则进入步骤
S7
，若部分开采则进入步骤
S4
，若全部已经开采完毕则进入步骤
S3
；
S3、
判断当前煤层与上覆可采煤层间的距离，若大于
30m
则进入步骤
S4
，若小于或等于
30m
则进入步骤
S5
；
S4、
通过地质雷达
、
钻孔窥视等手段判断层间岩层是否完整，若层间岩层完整，则进入步骤
S7
，若层间岩层不完整，则进入步骤
S5
；
S5、
结合地质钻孔资料与相关岩石力学实验，判断层间是否存在硬岩，若存在硬岩则进入步骤
S6
，若不存在硬岩则建立“散体给定载荷结构”力学模型计算最大支架工作阻力；
S6、
若层间存在单层硬岩则建立“散体给定载荷
‑
砌体梁式平衡结构”力学模型计算最大支架工作阻力，若层间存在多层硬岩则进入步骤
S7。S7、
根据“砌体梁式平衡结构”力学模型计算最大支架工作阻力
。2.
根据权利要求1所述的一种近距离煤层协调开采最大支架工作阻力确定方法，其特征在于，所述步骤
S5
中，“散体给定载荷结构”力学模型计算最大支架工作阻力的计算公式如下：
P
＝
Q0+P
S
上式中，
P
为最大支架工作阻力；
Q0为支架控顶距范围内直接顶的重量，
n1为支架控顶距范围内直接顶岩层的层数，支架控顶距范围内的直接顶岩层从下到上进行编号为：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杨，任玉琦，王楠，欧祥吉，刘逸锟，李国帅，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：