[发明专利]一种浅埋煤层大采高综采工作面煤壁片帮的判别方法

说明书

本发明公开了一种浅埋煤层大采高综采工作面煤壁片帮的判别方法。该方法包括：建立浅埋煤层大采高综采工作面“支架‑煤壁‑顶板”结构模型；建立老顶关键层周期性破断力学模型，确定老顶关键层岩梁拉破断的判别条件；当老顶关键层出现超前拉破断时，建立等效直接顶弹性基础梁力学模型，确定等效直接顶岩层拉破断判别式；当等效直接顶出现超前拉破断时，确定浅埋煤层大采高工作面煤壁片帮条件。将浅埋煤层大采高工作面煤壁片帮与顶板活动及支架控制有机结合，全面准确反映了煤壁的受力状态，揭示浅埋煤层大采高工作面煤壁片帮机理，确定煤壁片帮的判别条件，为控制煤壁稳定和进行安全开采提供了科学依据。

技术领域

本发明涉及浅埋煤层开采技术领域，更具体的涉及一种浅埋煤层大采高综采工作面煤壁片帮的判别方法。

背景技术

我国西部地区煤炭资源富集，神府东胜煤田是我国最大的煤田，该区域煤层埋深较浅、赋存稳定、地质构造简单、厚度大、开采条件优越，形成了许多千万吨级的大矿井。生产实践表明，适宜条件下采用大采高综采能实现厚煤层的高产高效开采，近10年来，神华神东公司通过国外引进和自主研发，使大采高综采设备及技术获得迅速发展，大采高一次采全高开采技术已经成为该地区厚煤层开采的主要方法。

随着经济技术水平的提高，大采高工作面煤壁高度不断增大，据最新研究成果，8.2m特厚煤层超大采高工作面一次采全厚开采技术难题已经取得新突破，这意味着大采高综采技术将进一步刷新工作面高产高效记录。由于工作面一次割煤高度达6～8m，直接顶冒落后不能充分充填采空区，基本顶来压时矿山压力显现剧烈，围岩控制难度大，极易诱发煤壁失稳事故，这已成为制约大采高综采产能发挥的关键因素。工作面推进过程中，采场小结构内的顶板压力是由煤壁和支架共同承担，顶板、支架与煤壁三者形成了相互作用的一个整体，煤壁稳定性受顶板与支架的共同影响，因此，煤壁的稳定性应以“顶板-煤壁-支架”系统为基础，分析其失稳机理，以确定合理的煤壁稳定判别条件。

近年来，随着开采高度不断增大，煤壁片帮问题日益突出。工作面煤壁片帮不仅影响工作面正常生产和经济效益，也影响人员及设备安全，对安全生产构成严重威胁。煤壁片帮影响因素多，机理复杂，各学派通过不同角度对片帮机理进行了阐述，但总体缺乏系统性和针对性。现有的煤壁片帮机理研究成果主要包括：大采高工作面煤壁滑面力学模型、柱条力学模型、顶板-煤壁-支架力学模型等。针对浅埋厚煤层大采高开采，以上方法主要存在的不足为：煤壁滑面力学模型：一般适用于煤质较软的煤层失稳类型，陕北赋存煤层多以中硬煤质为主，存在本质区别；柱条力学模型：基于陕北大采高中硬煤质建立，但缺乏对顶板和支架作用因素的分析；顶板-煤壁-支架力学模型：缺少对三者之间作用的定量分析。

综上所述，现有的理论分析并不完全适用于浅埋煤层大采高综采工作面，现有研究缺乏对采场顶板、煤壁及支架三者相互作用关系的定量分析，而这种定量分析正是煤壁片帮机理分析的关键和基础。

发明内容

本发明实施例提供一种浅埋煤层大采高综采工作面煤壁片帮的判别方法，用以解决现有技术中存在的问题。

本发明实施例提供一种浅埋煤层大采高综采工作面煤壁片帮的判别方法，包括：

基于浅埋煤层大采高工作面等效直接顶和老顶关键层台阶岩梁结构，建立浅埋煤层大采高综采工作面“支架-煤壁-顶板”结构模型；

根据浅埋煤层大采高综采工作面“支架-煤壁-顶板”结构模型，结合浅埋煤层大采高工作面顶板关键层发生周期破断的阶段，建立老顶关键层周期性破断力学模型；

根据老顶关键层周期性破断力学模型，通过公式一，确定老顶关键层岩梁拉破断的判别条件；

根据老顶关键层岩梁拉破断的判别条件，当老顶关键层出现超前拉破断时，根据浅埋煤层大采高综采工作面“支架-煤壁-顶板”结构模型，结合浅埋煤层大采高工作面顶板关键层发生周期破断的阶段，建立等效直接顶弹性基础梁力学模型；