一种极近距离煤层采空区下工作面支架载荷确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种极近距离煤层采空区下工作面支架载荷确定方法及装置，属于煤矿开采设备技术领域。解决极近距离下煤层工作面的液压支架载荷确定的方法缺少理论指导的问题。包括：将极近距离煤层上煤层采空区下的下煤层工作面顶板分为砌体梁层，冒落层和直接顶层；将冒落层沿着开采推进方向分为自由冒落区和斜柱条梁区；通过公式确定所述砌体梁块的回转角；通过公式确定直接顶对斜柱条梁的均布载荷；通过公式P1＝W+qL0确定支架的支护阻力；通过公式P＝b(PG+Q)确定砌体梁层及砌体梁层上岩层的载荷；通过公式确定所述工作面支架载荷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤矿开采设备
，更具体的涉及一种极近距离煤层采空区下工作面支架载荷确定方法及装置。
技术介绍
煤层群在我国范围内广泛分布，如神东矿区、宁东矿区、大同矿区、平顶山矿区、新汶矿区、淮南矿区和贵州水城矿区等。自上世纪九十年代，煤层群开采逐渐进入人们的视野。究其原因主要有三点：①近距离煤层储量丰富，有广阔的开采前景；②赋存条件优越的单一煤层开采殆尽，煤层群开采的问题日益增多；③采矿界目前对于煤层群开采的研究较少，理论成果有待丰富。煤层间距是影响工作面矿压显现规律的重要因素，据此原则将煤层群分为三类：①极近距离煤层群；②近距离煤层群；③远距离煤层。当相邻煤层层间距离较大(远距离煤层)时，两层煤开采相互影响程度较小，其矿压显现规律和开采方法完全可以按照单一煤层进行处理。我国西部的重要的亿吨级煤炭生产基地——神东矿区主要开采浅埋深近距离和极近距离煤层群。近年来，矿区最上部的单一浅埋煤层大部分已经开采，矿区开始全面进入浅埋煤层群的下部煤层开采阶段。浅埋煤层群开采的工作面支护问题日益增多，其中极近距离煤层的下煤层工作面处于上煤层采空区之下，开采的问题尤为突出且成果甚少。支架载荷的确定应该与顶板结构紧密结合，确保足够的支护阻力来维护顶板的稳定性。目前，浅埋煤层开采支架载荷确定的方法有：采高容重估算法，威尔逊估算法，“台阶岩梁”法和工程类比法。上述各个确定方法中，没有涉及极近距离上煤层采空区破碎顶板的力学效应分析。因此，目前缺乏极近距离煤层的下煤层工作面液压支架载荷确定方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种开采极近距离下煤层工作面支架载荷的确定方法及装置，用以解决现有技术中没有对上煤层采空区破碎顶板的力学效应进行分析，导致极近距离下煤层工作面的液压支架载荷确定的方法缺少理论指导的问题。本专利技术实施例提供一种极近距离煤层采空区下工作面支架载荷确定方法，包括：根据极近距离煤层上煤层采空区下的下煤层工作面顶板结构，将所述极近距离煤层上煤层采空区下的下煤层工作面顶板从上至下依次分为砌体梁层，冒落层和直接顶层；将所述冒落层沿着开采推进方向依次分为自由冒落区和斜柱条梁区；根据斜柱条梁与所述直接顶层之间的位置，确定所述斜柱条梁的倾角；根据砌体梁块结构，通过公式(1)确定所述砌体梁块的回转角；根据上煤层采高和顶板岩层碎胀系数确定所述斜柱条梁的高度；根据所述斜柱条梁在所述斜柱条梁区的分布情况，确定所述斜柱条梁的步距；通过公式(2)确定直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷；根据所述直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷，所述直接顶载荷和所述斜柱条梁的步距，通过公式(3)确定支架的支护阻力；根据所述支架宽度，卸荷拱内岩石的重量和关键块的载荷，通过公式(4)确定所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷；根据所述斜柱条梁的均布载荷，所述直接顶载荷，所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷和所述支架的支护阻力，通过公式(5)确定工作面支架载荷；公式(1)如下所示：sinθ=w12L0]]>公式(2)如下所示：q=bm1KpρmgKp-1+Psinθ+Psinαcos(α+θ)L0sin2α]]>公式(3)如下所示：P1＝W+qL0公式(4)如下所示：P＝b(PG+Q)公式(5)如下所示：PW=blkΣhρzg+bL0m1KpρmgKp-1+sinθ+sinαcos(α+θ)sin2αb(2hL0ρg+43ρmgL02f)]]>其中，Kp为岩层的碎胀系数，m1为上煤层的采高，θ为所述砌体梁块的回转角，α为所述斜柱条梁的倾角，L0为所述斜柱条梁的步距，P1为所述支架的支护阻力，PW为所述工作面支架载荷，P为所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷，W为所述直接顶载荷，q为直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷，PG为关键块的载荷，Q为卸荷拱内岩石的重量，ρg为所述砌体梁岩块的体积力，ρzg为所述直接顶岩层的体积力，ρmg为所述斜柱条梁岩层的体积力，b为所述支架的宽度，∑h为所述直接顶的厚度，h为所述砌体梁块的厚度，f为岩石坚硬性系数，w1为砌体梁块的下沉量。优选地，所述通过公式(2)确定所述直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷之前，还包括：通过下列公式确定所述斜柱条梁的高度：m1+m1Kp-1=m1KpKp-1]]>通过下列公式确定所述斜柱条梁的重力：G=bL0m1Kp(Kp-1)ρmg]]>其中，G为所述斜柱条梁的重力。优选地，所述通过公式(3)确定支架的支护阻力之前，还包括：通过下列公式确定所述直接顶载荷：W＝blk∑hρzg其中，lk为支架的控顶距。优选地，通过下列公式确定所述卸荷拱内岩石的重量：Q=43ρmgL02f]]>通过下列公式确定所述关键块的载荷：PG＝2hL0ρg。本专利技术实施例还提供一种极近距离煤层采空区下工作面支架载荷确定装置，包括：分块单元，用于根据极近距离煤层上煤层采空区下的下煤层工作面顶板结构，将所述极近距离煤层上煤层采空区下的下煤层工作面顶板从上至下依次分为砌体梁层，冒落层和直接顶层；将所述冒落层沿着开采推进方向依次分为自由冒落区和斜柱条梁区；第一确定单元，用于根据斜柱条梁与所述直接顶层之间的位置，确定所述斜柱条梁的倾角；根据砌体梁块结构，通过公式(1)确定所述砌体梁块的回转角；根据上煤层采高和顶板岩层碎胀系数确定所述斜柱条梁的高度；根据所述斜柱条梁在所述斜柱条梁区的分布情况，确定所述斜柱条梁的步距；第二确定单元，用于通过公式(2)确定直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷；根据所述直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷，所述直接顶载荷和所述斜柱条梁的步距，通过公式(3)确定支架的支护阻力；第三确定单元，用于根据所述支架宽度，卸荷拱内岩石的重量和关键块的载荷，通过公式(4)确定所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷；根据所述斜柱条梁的均布载荷，所述直接顶载荷，所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷和所述支架的支护阻力，通过公式(5)确定工作面支架载荷；公式(1)如下所示：sinθ=w12L0]]>公式(2)如下所示：q=bm1KpρmgKp-1+Psinθ+Psinαcos(α+θ)L0sin2α]]>公式(3)如下所示：P1＝W+qL0公式(4)如下所示：P＝b(PG+Q)公式(5)如下所示：PW=blkΣhρzg+bL0m1KpρmgKp-1+sinθ+sinαcos(α+θ)sin2αb(2hL0ρg+43ρmgL02f)]]>其中，Kp为岩层的碎胀系数，m1为上煤层的采高，θ为所述砌体梁块的回转角，α为所述斜柱条梁的倾角，L0为所述斜柱条梁的步距，P1为所述支架的支护阻力，PW为所述工作面支架载荷，P为所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷，W为所述直接顶载荷，q为直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷，PG为关键块的载荷，Q为卸荷拱内岩石的重量，ρg为所述砌体梁岩块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极近距离煤层采空区下工作面支架载荷确定方法，其特征在于，包括：根据极近距离煤层上煤层采空区下的下煤层工作面顶板结构，将所述极近距离煤层上煤层采空区下的下煤层工作面顶板从上至下依次分为砌体梁层，冒落层和直接顶层；将所述冒落层沿着开采推进方向依次分为自由冒落区和斜柱条梁区；根据斜柱条梁与所述直接顶层之间的位置，确定所述斜柱条梁的倾角；根据所述斜柱条梁在所述斜柱条梁区的分布情况，确定所述斜柱条梁的步距；根据砌体梁块结构，通过公式(1)确定所述砌体梁块的回转角；根据上煤层采高和顶板岩层碎胀系数确定所述斜柱条梁的高度；通过公式(2)确定直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷；根据所述直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷，直接顶载荷和所述斜柱条梁的步距，通过公式(3)确定支架的支护阻力；根据所述支架宽度，卸荷拱内岩石的重量和关键块的载荷，通过公式(4)确定所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷；根据所述斜柱条梁的均布载荷，所述直接顶载荷，所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷和所述支架的支护阻力，通过公式(5)确定工作面支架载荷；公式(1)如下所示：sinθ=w12L0]]>公式(2)如下所示：q=bm1KpρmgKp-1+Psinθ+Psinαcos(α+θ)L0sin2α]]>公式(3)如下所示： P1＝W+qL0公式(4)如下所示： P＝b(PG+Q)公式(5)如下所示：PW=blkΣhρzg+bL0m1KpρmgKp-1+sinθ+sinαcos(α+θ)sin2αb(2hL0ρg+43ρmgL02f)]]>其中，Kp为岩层的碎胀系数，m1为上煤层的采高，θ为所述砌体梁块的回转角，α为所述斜柱条梁的倾角，L0为所述斜柱条梁的步距，P1为所述支架的支护阻力，PW为所述工作面支架载荷，P为所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷，W为所述直接顶载荷，q为直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷，PG为关键块的载荷，Q为卸荷拱内岩石的重量，ρg为所述砌体梁岩块的体积力，ρzg为所述直接顶岩层的体积力，ρmg为所述斜柱条梁岩层的体积力，b为所述支架的宽度，Σh为所述直接顶的厚度，h为所述砌体梁块的厚度，f为岩石坚硬性系数，w1为砌体梁块的下沉量。...

【技术特征摘要】
1.一种极近距离煤层采空区下工作面支架载荷确定方法，其特征在于，包括：根据极近距离煤层上煤层采空区下的下煤层工作面顶板结构，将所述极近距离煤层上煤层采空区下的下煤层工作面顶板从上至下依次分为砌体梁层，冒落层和直接顶层；将所述冒落层沿着开采推进方向依次分为自由冒落区和斜柱条梁区；根据斜柱条梁与所述直接顶层之间的位置，确定所述斜柱条梁的倾角；根据所述斜柱条梁在所述斜柱条梁区的分布情况，确定所述斜柱条梁的步距；根据砌体梁块结构，通过公式(1)确定所述砌体梁块的回转角；根据上煤层采高和顶板岩层碎胀系数确定所述斜柱条梁的高度；通过公式(2)确定直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷；根据所述直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷，直接顶载荷和所述斜柱条梁的步距，通过公式(3)确定支架的支护阻力；根据所述支架宽度，卸荷拱内岩石的重量和关键块的载荷，通过公式(4)确定所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷；根据所述斜柱条梁的均布载荷，所述直接顶载荷，所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷和所述支架的支护阻力，通过公式(5)确定工作面支架载荷；公式(1)如下所示：sinθ=w12L0]]>公式(2)如下所示：q=bm1KpρmgKp-1+Psinθ+Psinαcos(α+θ)L0sin2α]]>公式(3)如下所示：P1＝W+qL0公式(4)如下所示：P＝b(PG+Q)公式(5)如下所示：PW=blkΣhρzg+bL0m1KpρmgKp-1+sinθ+sinαcos(α+θ)sin2αb(2hL0ρg+43ρmgL02f)]]>其中，Kp为岩层的碎胀系数，m1为上煤层的采高，θ为所述砌体梁块的回转角，α为所述斜柱条梁的倾角，L0为所述斜柱条梁的步距，P1为所述支架的支护阻力，PW为所述工作面支架载荷，P为所述砌体梁层及所述砌体梁层上岩层的载荷，W为所述直接顶载荷，q为直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷，PG为关键块的载荷，Q为卸荷拱内岩石的重量，ρg为所述砌体梁岩块的体积力，ρzg为所述直接顶岩层的体积力，ρmg为所述斜柱条梁岩层的体积力，b为所述支架的宽度，Σh为所述直接顶的厚度，h为所述砌体梁块的厚度，f为岩石坚硬性系数，w1为砌体梁块的下沉量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过公式(2)确定直接顶对所述斜柱条梁的均布载荷之前，还包括：通过下列公式确定所述斜柱条梁的高度：m1+m1Kp-1=m1KpKp-1]]>通过下列公式确定所述斜柱条梁的重力：G=bL0m1Kp(Kp-1)ρmg]]>其中，G为所述斜柱条梁的重力。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过公式(3)确定支架的支护阻力之前，还包括：通过下列公式确定所述直接顶载荷：W＝blkΣhρzg其中，lk为支架的控顶距。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下列公式确定所述卸荷拱内岩石的重量：Q=43ρmgL02f]]>通过下列公式确定所述关键块的载荷：PG＝2hL0ρg。5.一种极近距...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆享，曹健，贺雁鹏，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61