【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿巷道支护，具体地说是涉及一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法。
技术介绍
1、煤矿井下采煤工作面对回采巷道的超前支护是采煤工作面安全通道的重要保障手段，其支护效果直接影响着采煤工作面人员的生命安全，超前支护技术是否合理有效取决于超前支护强度确定准确性。
2、对采煤工作面超前支护强度的确定一般采用理论计算、数值模拟或经验法三种手段。其中，理论计算时，假设采煤工作面回采巷道顶板所受的载荷均为顶板自重，此时，采用冒落拱或自稳拱等理论模型获取顶板煤岩层破坏范围与作用范围，从而依据悬吊控制的总体思想，获取巷道超前支承力。数值模拟时，通过对多种超前支护方案进行模拟，获取较为合理的超前支护方案，而支护强度为所提方案所能提供的支护强度，并非实际所需支护强度；经验法为根据工程地质实际情况按照采煤工作面采高的倍数的岩层范围重量计算，与理论计算相似，准确性较差。这几种手段在一定程度上能够对超前支护强度进行确定，但确定过程中不仅未考虑超前支承压力的作用过程，而且忽视了巷道掘进期间原支护(锚杆/锚索支护)对顶板的影响，造成超前支护强度确定不准确。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，统筹考虑超前支承压力作用过程和巷道原支护对顶板的影响，以实现回采巷道超前支护强度的准确确定。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术解决方案如下：
3、一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，所述方法包括如下步骤：>
4、步骤1、获取回采巷道围岩工程地质特征和支护情况；
5、步骤2、回采巷道超前支承压力作用下锚杆/锚索工作载荷及增量测定；
6、步骤3、回采巷道锚固顶板强度预计；
7、步骤4、回采巷道顶板锚固支护有效的条件确定；
8、步骤5、回采巷道超前支护强度确定。
9、优选的，所述步骤2的具体过程如下：
10、监测获取回采巷道超前支承压力作用下顶板锚杆/锚索工作载荷变化规律，得到回采巷道超前支承压力作用下锚杆工作载荷fibolt、锚索工作载荷fjcable、第i根锚杆工作载荷增量δfibolt以及第j根锚索工作载荷增量δfjcable。
11、优选的，所述步骤3包括如下步骤：
12、步骤31、确定锚杆/锚索支护作用强度
13、根据回采巷道顶板锚杆/锚索支护参数和工作载荷情况，根据式1确定锚杆/锚索支护作用强度p0，
14、
15、式中，
16、n、m分别为回采巷道顶板每排锚杆、锚索数量；d0、d1分别为回采巷道顶板锚杆、锚索排距；d为回采巷道宽度；
17、步骤32、确定锚固顶板强度
18、根据库伦破坏准则的主应力表达，将p0＝σ3带入式2，求得锚固顶板强度σ1；
19、
20、式中，
21、c为锚杆/锚索支护范围内回采巷道顶板煤岩层内聚力；为锚杆/锚索支护范围内回采巷道顶板煤岩层内摩擦角。
22、优选的，所述步骤4包括如下步骤：
23、步骤41、确定锚杆/锚索预紧支护后允许变形量
24、根据回采巷道锚杆/锚索支护情况，由式3-式9确定锚杆/锚索预紧支护后允许变形量[lsupport]；
25、lb2＝lb-lb1-lb3； 式3
26、lc2＝lc-lc1-lc3； 式4
27、
28、[εb0]＝lb2δb-lb0； 式7
29、[εc0]＝lc2δc-lc0； 式8
30、[lsupport]＝{[εb0]，[εc0]} 式9
31、式中，
32、lb、lc分别为锚杆、锚索长度；lb0、lc0分别为锚杆、锚索预紧时的拉伸量；lb1、lc1分别为锚杆、锚索锚固段长度；lb2、lc2分别为锚杆、锚索自由段长度；lb3、lc3分别为锚杆、锚索外露段长度；fb0、fc0分别为锚杆、锚索预紧力；fby、fcy分别为锚杆、锚索屈服载荷；δby、δcy分别为锚杆、锚索屈服时延伸率；δb、δc分别为锚杆、锚索破断时总延伸率；[εb0]、[εc0]分别为锚杆、锚索预紧支护后的允许变形量；
33、步骤42、确定锚固有效时顶板允许下沉量要求
34、要确保回采巷道顶板锚固支护有效，则顶板岩层弯曲下沉至允许位置时顶板锚杆/锚索未出现破断失效，即满足锚固顶板煤岩层允许下沉量ω不大于锚杆/锚索预紧支护后允许变形量[lsupport]，即ω≤[lsupport]。
35、优选的，所述步骤5包括如下步骤：
36、步骤51、由锚固顶板支护有效确定超前支护强度最小值q20
37、将锚固顶板岩层简化为嵌固梁结构，锚固顶板受自身重量，锚固顶板上部受超前支承压力作用，锚固顶板下部受超前支护作用，
38、则锚固顶板煤岩层最大弯曲下沉量ω0为：
39、
40、式中，
41、q0为锚固顶板煤岩层自身载荷集度，q0取γm0；γ为顶板煤岩层容重；m0为锚固顶板煤岩层厚度，m0＝lb2；q1为超前支承压力作用支护体增量，q2为超前支护作用强度；e为锚固顶板煤岩层变形模量；
42、锚固顶板煤岩层允许下沉量ω为：
43、ω＝min{ω0，ω1}≤[lsupport]； 式11
44、式中，
45、ω1为现场工程中允许锚固顶板下沉量；
46、则超前支护强度最小值q20为：
47、
48、步骤52、由锚固顶板岩层端部抗拉断确定超前支护强度最小值q21
49、根据嵌固梁端部受拉破坏条件：
50、
51、得到锚固顶板岩层端部不被拉坏时，超前支护强度最小值q21为：
52、
53、步骤53、由锚固顶板岩层端部抗剪断确定超前支护强度最小值q22
54、嵌固梁端部抗剪断面上的最大剪应力τmax为：
55、
56、按照莫尔库伦准则，煤岩石抗剪强度τ为：
57、
58、根据锚固顶板岩层端部受载特点，σ＝0，则锚固顶板岩层端部不被剪断时，超前支护强度最小值q22为：
59、
60、步骤54、确定超前支护强度最小值q2
61、超前支护强度最小值q2为：
62、q2＝max{q20，q21，q22}。
63、本专利技术的有益技术效果是：
64、1、本专利技术的采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，充分考虑采煤工作面超前支承压力和巷道掘进期间施加的锚杆/锚索支护作用两方面对顶板的影响，弥补了传统超前支护强度确定方法的不足，使超前支护强度的确定更为符合工程实际情况，实现了超前支护强度的准确确定；
【技术保护点】
1.一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种采煤工作面回采巷道超前支护强度确定方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种采煤工作面回...
【专利技术属性】
技术研发人员：于凤海，杨进，赵同彬，谭云亮，梁晨，陈建崇，王博，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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