[发明专利]一种确定残煤复采综放工作面支架阻力的方法

说明书

本发明一种确定残煤复采综放工作面支架阻力的方法，属于煤矿开采技术领域，具体是依据残采工作面过残留煤柱和过空巷的力学模型，根据平衡条件来求取支架工作阻力计算公式，再根据公式求出支架工作阻力，取工作阻力的最大值为矿井最终为支架选型的依据；本发明通过分析残煤复采工作面的基本顶断裂的主要影响因素，建立残煤复采工作面过残留煤柱和空巷时的支架围岩相互作用力学模型，确定残煤复采工作面合理的支架工作阻力，可以为类似残煤复采工作面支架选型提供依据。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，具体为一种确定残煤复采综放工作面支架阻力的方法。

背景技术

过去许多矿井采用巷柱式(以掘代采)及巷放式采煤方法，为了保证回采巷道的稳定性，旧采区内遗留了大量的煤柱，造成了优质资源的极大浪费，其中包括无烟煤、焦煤等。

随着煤炭资源的过度开采，优质煤炭资源日趋紧张，为保证煤炭工业的可持续发展，必须对遗留优质“残煤”进行复采。在残煤复采区进行复采时，受旧式采煤法影响，复采区随机分布着大量不规则的空巷、冒顶区及煤柱，造成围岩空间应力分布复杂，工作面回采时，煤壁片帮、端面冒顶、矿山压力显现不均、顶板断裂及运动规律复杂，围岩控制难度大及支架适应性差等问题突出，这些问题严重制约了残煤复采的发展。

当前，国内外学者对残采的研究主要为工作面过煤柱、空巷过程中，围岩应力分布规律及矿压显现特征，而对支架选型方面的研究相对较少，支架选型是工作面围岩控制的关键，是工作面实现安全高效回采的保证，因此支架选型合理对残煤复采至关重要。而支架选型的前提工作首先是对工作面支架工作阻力的确定，只有精确的了解工作面支架所受阻力的大小，才能根据井下不同的情况和环境选择适宜的支护方式。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，提供一种确定残煤复采综放工作面支架阻力的方法。目的在于克服现有计算方法对应用于残煤复采存在的缺陷，根据残煤复采工作面的特点，通过对残煤复采工作面与实体煤工作面基本顶岩块断裂过程进行分析，确定残采工作面支架过残留煤柱的支架工作阻力。

本发明是通过如下技术方案实现的。

根据残煤复采工作面的特点，通过对残煤复采工作面与实体煤工作面基本顶岩块断裂过程进行分析可知：空巷宽度与煤柱让压变形是影响基本顶断裂的主要因素，因此，提出一种支架过残留煤柱以及空巷的两种情况下支架工作阻力确定方法。

支架工作阻力的确定方法，包括残煤复采工作面过残留煤柱以及过空巷两种情况：

a.工作面过残留煤柱：

在宋振骐院士“传递岩梁”结构如图1的基础上结合残煤复采工作面过残留煤柱实际情况，推出残煤复采过残留煤柱工作面支架围岩相互作用力学模型如图2，图2中块体B与块体A铰接后形成平衡结构，为研究支架对围岩的支护作用，取块体B分离体为顶板来压强度力学模型，其受力状态如图3所示，通过顶板来压强度力学模型确定残煤复采工作面液压支架工作阻力计算公式。

分析顶板来压强度力学模型，确定顶板关键块B的稳定条件须满足式(1)并根据式(1)推出式(2)；

判断式(2)成立，若式(2)成立则关键块B能够保持稳定不需要支架提供有效的支护阻力；若式(2)不成立则关键块B保持稳定的条件是支架提供有效的支护阻力与断裂面上的摩擦力共同平衡拱脚竖向载荷，因此，根据平衡条件可得支架所需提供的支护阻力公式(3)；

根据N.Barton准则，推出断裂面上的摩擦角(4)；

根据(3)与(4)可得出在N.Barton准则下，当考虑顶煤与直接顶对支架作用时，推出支架所需提供的工作阻力表达式(5)；

带入前面的参数推出支架工作阻力计算的最终公式为(6)。

b.工作面过空巷：