一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法技术

本发明专利技术提供了一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，通过建立无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，依次确定基本顶上覆岩层作用力、基本顶结构滑落失稳传递作用力和切顶控制岩层结构传递作用力；通过计算基本顶上覆岩层作用力、基本顶结构滑落失稳传递作用力和切顶控制岩层结构传递作用力有效计算得到无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力，本发明专利技术的计算方法更加合理、准确的对巷内顶板的支护方法与参数进行确定，提高了对无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算的精确度。沿空留巷巷内顶板支护阻力计算的精确度。沿空留巷巷内顶板支护阻力计算的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法


[0001]本专利技术涉及煤矿巷道支护
，具体为一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法。

技术介绍

[0002]无煤柱切顶沿空留巷不设置护巷煤柱，将上区段工作面回采巷道通过切顶卸压的方式保留，作为下区段工作面回采巷道，从而大幅提高煤炭资源开采效率，该开采方式已在国内各个矿区得到普遍应用。无煤柱开采取消了区段煤柱的过渡作用，留巷稳定性与顶板结构形态联系密切，切顶卸压使得顶板形成了区别于传统开采顶板结构的新方式。回采来压时，顶板难以形成稳定结构，严重威胁留巷的生产安全。
[0003]无煤柱切顶沿空留巷条件多样、控制对象差异性大，巷内顶板的支护方法与参数选择多依据现场经验，缺乏科学合理的确定方法。为了加强留巷顶板的稳定性、提高支护效率，需要研发一种无煤柱切顶沿空留巷条件下，控制巷内顶板稳定性的支护阻力确定方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中巷内顶板的支护方法与参数采用依据现场经验存在结果不精确的问题，本专利技术提供一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，更加合理、准确的对巷内顶板的支护方法与参数进行确定，提高了对无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算的精确度。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，建立无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，依次确定结构滑落失稳支护力组成，其中结构滑落失稳支护力包括基本顶上覆岩层作用力P3、基本顶结构滑落失稳传递作用力P2和切顶控制岩层结构传递作用力P1；
[0008]步骤2，根据基本顶上覆载荷层厚度h4以及基本顶上覆载荷层载荷传递系数K
G
，确定基本顶上覆岩层作用力P3；
[0009]步骤3，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，基本顶上覆岩层作用力P3作用于基本顶，确定基本顶结构滑落失稳传递作用力P2；
[0010]步骤4，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，确定基本顶板与层间软弱岩层作用力W2；
[0011]步骤5，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，将基本顶结构滑落失稳传递的作用力P2、层间软弱岩层作用力W2之和作用于切顶控制岩层，确定切顶控制岩层结构传递作用力P1；
[0012]步骤6，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，确定直接顶作用于巷道的重量W1；
[0013]步骤7，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，将所述切顶控制岩层结构传
递的作用力P1和所述直接顶作用于巷道的重量W1之和确定为无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R。
[0014]优选的，步骤1中，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型通过无煤柱切顶开采过程中位于切顶高度范围内的切顶控制层与切顶高度范围外基本顶的破断结构特征进行建立，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型采用短砌体
‑
砌体的结构模型，其中，切顶控制层破断形成短砌体结构；基本顶破断形成砌体梁结构；
[0015]其中，在无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型中，切顶控制层采用切顶控制层岩块的水平力，其中，切顶控制层岩块的水平力通过岩块与切顶作用切落破碎岩体的摩擦阻力提供；基本顶的破断结构特征采用基本顶岩块的水平力，其中，基本顶岩块的水平力通过岩块与矸石的摩擦阻力提供。
[0016]优选的，步骤2中，基本顶上覆岩层作用力P3的计算公式如下：
[0017]P3＝K
G
l2∑h4γ2；
[0018]其中，h4为基本顶上覆载荷层厚度，m；γ2为载荷层平均容重，kN/m3；l2为基本顶破断岩块长度，m；K
G
为基本顶上覆载荷层载荷传递系数；
[0019]其中，基本顶上覆载荷层载荷传递系数K
G
的计算公式如下：
[0020][0021]其中，为基本顶上覆载荷层内摩擦角；λ3基本顶上覆载荷层侧应力系数；l2为基本顶破断岩块长度，m；h3为基本顶厚度，m。
[0022]优选的，步骤3中，基本顶结构滑落失稳传递的作用力P2的计算公式如下：
[0023][0024]其中，l2为基本顶破断岩块长度，m；h3为基本顶厚度，m；γ1为载荷层平均容重；i2为基本顶破断岩块块度，θ2为基本顶破断岩块回转角；为基本顶破断岩块内摩擦角。
[0025]进一步的，基本顶结构滑落失稳传递作用力P2通过基本顶上覆岩层作用力P3和基本顶自重确定，其中，基本顶结构滑落失稳传递作用力P2的大小与基本顶滑落失稳支护力R2的大小对应；
[0026]基本顶滑落失稳支护力R2根据砌体梁结构滑落失稳条件确定；
[0027]砌体梁结构滑落失稳条件通过砌体梁结构接触铰上的水平力T1和砌体梁结构接触铰上的摩擦剪力Q
c
确定；
[0028]其中，砌体梁结构接触铰上的水平力T1的计算公式如下：
[0029][0030]砌体梁结构接触铰上的摩擦剪力Q
c
的计算公式如下：
[0031][0032]砌体梁结构滑落失稳条件的计算公式如下：
[0033][0034]基本顶滑落失稳支护力R2的计算公式如下：
[0035][0036]其中，T1为基本顶砌体梁结构接触铰上的水平力，kN/m；Q
c
为基本顶砌体梁结构接触铰上的摩擦剪力，kN/m；R2为基本顶结构滑落失稳支护力，kN/m；P2为基本顶结构滑落失稳传递的作用力；i2为基本顶破断岩块块度；为基本顶破断岩块内摩擦角；γ1为载荷层平均容重；h3为基本顶厚度，m；l2为基本顶破断岩块长度，m。
[0037]优选的，步骤4中，基本顶与切顶控制层层间软弱岩层作用力W2的计算方法如下：
[0038]W2＝l1∑h2γ2；
[0039]其中，l1为切顶控制层破断岩块长度，m；h2为基本顶与切顶控制岩层层间软弱岩层厚度，m；γ2为载荷层平均容重，kN/m3。
[0040]优选的，步骤5中，切顶控制岩层结构传递的作用力P1的计算公式如下所示：
[0041][0042]其中，h1为切顶控制岩层厚度，m；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；γ1为载荷层平均容重；P2为基本顶结构滑落失稳传递作用力；l1为切顶控制层破断岩块长度，m；h2为基本顶与切顶控制岩层层间软弱岩层厚度，m。
[0043]优选的，步骤6中，直接顶作用于巷道的重量W1的计算公式如下：
[0044]W1＝l1∑hγ2；
[0045]l1为切顶控制层破断岩块长度，m；γ2为载荷层平均容重，kN/m3。
[0046]优选的，步骤7中，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R的计算公式如下：
[0047][0048]其中，l1为切顶控制层破断岩块长度，m；γ1为载荷层平均容重；γ2为载荷层平均容重，kN/m3；θ1为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，依次确定结构滑落失稳支护力组成，其中结构滑落失稳支护力包括基本顶上覆岩层作用力P3、基本顶结构滑落失稳传递作用力P2和切顶控制岩层结构传递作用力P1；步骤2，根据基本顶上覆载荷层厚度h4以及基本顶上覆载荷层载荷传递系数K
G
，确定基本顶上覆岩层作用力P3；步骤3，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，基本顶上覆岩层作用力P3作用于基本顶，确定基本顶结构滑落失稳传递作用力P2；步骤4，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，确定基本顶板与层间软弱岩层作用力W2；步骤5，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，将基本顶结构滑落失稳传递的作用力P2、层间软弱岩层作用力W2之和作用于切顶控制岩层，确定切顶控制岩层结构传递作用力P1；步骤6，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，确定直接顶作用于巷道的重量W1；步骤7，根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型，将所述切顶控制岩层结构传递的作用力P1和所述直接顶作用于巷道的重量W1之和确定为无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R。2.根据权利要求1所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，其特征在于，步骤1中，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型通过无煤柱切顶开采过程中位于切顶高度范围内的切顶控制层与切顶高度范围外基本顶的破断结构特征进行建立，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型采用短砌体
‑
砌体的结构模型，其中，切顶控制层破断形成短砌体结构；基本顶破断形成砌体梁结构；其中，在无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型中，切顶控制层采用切顶控制层岩块的水平力，其中，切顶控制层岩块的水平力通过岩块与切顶作用切落破碎岩体的摩擦阻力提供；基本顶的破断结构特征采用基本顶岩块的水平力，其中，基本顶岩块的水平力通过岩块与矸石的摩擦阻力提供。3.根据权利要求1所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，其特征在于，步骤2中，基本顶上覆岩层作用力P3的计算公式如下：P3＝K
G
l2∑h4γ2；其中，h4为基本顶上覆载荷层厚度，m；γ2为载荷层平均容重，kN/m3；l2为基本顶破断岩块长度，m；K
G
为基本顶上覆载荷层载荷传递系数；其中，基本顶上覆载荷层载荷传递系数K
G
的计算公式如下：其中，为基本顶上覆载荷层内摩擦角；λ3基本顶上覆载荷层侧应力系数；l2为基本顶破断岩块长度，m；h3为基本顶厚度，m。4.根据权利要求1所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，其特征在于，步骤3中，基本顶结构滑落失稳传递的作用力P2的计算公式如下：
其中，l2为基本顶破断岩块长度，m；h3为基本顶厚度，m；γ1为载荷层平均容重；i2为基本顶破断岩块块度，θ2为基本顶破断岩块回转角；为基本顶破断岩块内摩擦角。5.根据权利要求4所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，其特征在于，基本顶结构滑落失稳传递作用力P2通过基本顶上覆岩层作用力P3和基本顶自重确定，其中，基本顶结构滑落失稳传递作用力P2的大小与基本顶滑落失稳支护力R2的大小对应；基本顶滑落失稳支护力R2根据砌体梁结构滑落失稳条件确定；砌体梁结构滑落失稳条件通过砌体梁结构接触铰上的水平力T1和砌体梁结构接触铰上的摩擦剪力Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵萌烨，朱磊，吴玉意，徐凯，黄剑斌，秋丰岐，刘文涛，程海星，刘治成，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：