[发明专利]一种沿空掘巷时机的设计方法

权利要求书

1.一种沿空留巷时机的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)分析矿井生产地质条件和煤岩体力学参数，测量并计算关键块B的初始参数，初始参数包括煤壁至断裂位置的距离L₁、关键块B悬顶长度L₂、关键块B及上方岩层总重量R_b、关键块B触矸时旋转下沉量Δ₀、转角θ₀、煤壁和直接顶对关键块B的支护反力P_c0、关键块A和B铰接点O₁处的水平推力T₀和剪力Q_a、关键块B和C铰接点O₂处的剪力Q_b，其中煤壁至断裂位置的距离L₁为

其中，r_b为关键块B悬伸段载荷(含自重)，r_b＝γh+γ′∑h，h和∑h分别为基本顶及其上方软弱岩层的厚度，γ、γ′分别为基本顶及其上覆软弱岩层的容重，R_t为基本顶抗拉强度，

关键块B触矸时旋转下沉量Δ₀，

Δ₀＝m-h₁(K_p-1)，

其中，h₁为直接顶厚度，K_p为初始碎胀系数，m为采高，

关键块B悬顶长度L₂，

其中，Q₀＝r_bL₁+L₁(γh+γ′∑h)，E’、I分别为基本顶弹性模量和断面距，I＝h³/12，k为Winkler地基系数，

关键块B触矸时的转角θ₀：

其中，L＝L₁+L₂，

关键块B及上方岩层总重量R_b：

R_b＝r_bL，

煤壁和直接顶对关键块B的支护反力P_c0：

其中，E_c、E_i分别为煤层和直接顶弹性模量，P_c作用点位于2L₂/3处，

关键块A和B铰接点O₁处的水平推力T₀：

关键块A和B铰接点O₁处的剪力Q_a、关键块B和C铰接点O₂处的剪力Q_b：

其中，为岩石的内摩擦角；

S2)计算各力在铰接点O₁的和力矩∑M_O1，各力在铰接点O₁的和力矩∑M_O1由下式求得：

其中，a₀为铰接点接触高度m，可由a₀＝0.5(h-Lsinθ₀)计算，此时，有F_c＝0；

S3)当∑M_O1大于等于0时，关键块B已经稳定，可以进行沿空掘巷，当∑M_O1小于0时，计算第i天后矸石受关键块B下沉的压缩变形Δ(i)和转角增量θ(i)，求解矸石压缩变形产生的支护阻力F_c(i)，更新P_c(i)、T(i)，重新判定∑M_O1(i)，直至∑M_O1(i)大于等于0，可以进行沿空掘巷，在求解第i天后矸石受关键块B下沉的压缩变形Δ(i)和转角增量θ(i)之前，首先对不平衡力R_c0进行求解，令∑M_O1＝0，反解得到的F_c，即为R_c0，进而由下式可求得Δ(i)和θ(i)：

其中，

进一步求解矸石压缩变形产生的支护阻力F_c(i)：

进一步更新P_c(i)、T(i)：

将Δ(i)、θ(i)、Fc(i)、Pc(i)和T(i)重新带入∑M_O1公式，判定∑M_O1(i)。