[发明专利]一种急倾斜煤层水平分段综放开采支架工作阻力计算方法

权利要求书

1.一种急倾斜煤层水平分段综放开采支架工作阻力计算方法，其特征在于，所述工作阻力计算方法包括以下步骤：

步骤一：确定包括煤层倾角、采煤方法、采高、放顶煤高度、顶板岩石容重和直接顶厚度在内的煤层参数；

步骤二：以铰接岩块结构形成时间为时间界限，将覆岩垮落特征分为开采初期和开采后期两个阶段；

步骤三：分别针对开采初期和开采后期，根据煤层开采时的结构特征，构建对应的支架和围岩结构模型；开采初期，在底板巷一侧，工作面液压支架所受载荷来自顶煤的重量以及采空区垮落煤矸石的重量；在顶板巷一侧，工作面液压支架所受载荷来自顶煤的重量、采空区垮落煤矸石的重量和顶板悬臂梁的应力；开采后期，当结构失稳时，工作面顶板巷一侧液压支架和底板巷一侧液压支架在原载荷的基础上，增加结构失稳导致的覆岩垮落压力，且开采后期采空区垮落煤矸石的厚度取值小于开采初期采空区垮落煤矸石的厚度取值；

步骤四：分别根据开采初期和开采后期的支架和围岩结构模型，分析两个阶段的液压支架支护强度，并且计算得到急倾斜煤层水平分段开采初期阶段和开采后期阶段铰接岩块结构失稳状态下顶板巷一侧和底板巷一侧液压支架的合理工作阻力；

步骤四中，根据下述公式计算开采初期阶段顶板巷一侧液压支架的合理工作阻力为：

式中：P₁是开采初期阶段的液压支架支护强度；q_A为工作面上方顶煤的自重应力，q_B为采空区垮落煤矸石的自重应力，q_C为顶板悬臂梁的应力；k₁为安全系数，取值在1.0-1.5之间；k₂为顶板动载系数，取值在1.0-1.5之间；k₃为衰减系数，取值在0.5-0.8之间；h₂为采空区垮落煤矸石的堆积厚度，单位是m；k₄为岩石的碎涨系数，取值在1.1-1.3之间；l为悬臂梁长度，单位是m；b为支架中心距，单位是m；λ₁为顶煤容重，单位是kN/m³；h₁为顶煤厚度，单位是m；L为支架顶梁长度，单位是m；k_s为支架支撑效率；λ₂是煤矸石的容重，单位是kN/m³；α为煤层倾角；

步骤四中，根据下述公式计算开采初期阶段底板巷一侧液压支架的合理工作阻力为：

步骤四中，根据下述公式计算开采后期阶段铰接岩块结构失稳状态下顶板巷一侧液压支架的合理工作阻力为：

F_2-2＝F_1-1+Qsin²α

式中，Q为上覆岩层的压力，α为煤层倾角；

步骤四中，根据下述公式计算开采后期阶段铰接岩块结构失稳状态下底板巷一侧液压支架的合理工作阻力为：

F_2-3＝F_1-2+Qsin²α；

所述工作阻力计算方法还包括以下步骤：

步骤五：根据计算得到的开采初期阶段顶板巷一侧和底板巷一侧液压支架的合理工作阻力，以及开采后期阶段铰接岩块结构失稳状态下顶板巷一侧和底板巷一侧的液压支架的合理工作阻力，确定工作面支架工作阻力变化范围；

步骤六：结合工作面支架工作阻力变化范围，进行工作面液压支架选型和来压特征分析。