[发明专利]一种沿空留巷顶板斜拉锚索加固位置确定方法

说明书

本发明涉及一种沿空留巷顶板斜拉锚索加固位置确定方法，传统沿空留巷顶板加固大多在巷道充填体附近打向实体煤侧倾斜的锚索保护留巷稳定，但实际效果很差。本方法尤其适用于沿空留巷顶板斜拉锚索布置的确定。本方法认为顶板斜拉锚索加固顶板效果不佳的主要原因是留巷顶板斜拉锚索设计布置的位置不合理造成的，因此，本方法将留巷顶板视作一对边固支简支一对边自由的薄板，计算获得薄板的最大最小主应力表达式，并将薄板的最大主应力与岩石抗拉强度比较，求得薄板的应力比例系数，应力比例系数大于1岩板破坏，该部位即是需要打斜拉锚索加固的位置。该方法计算简单、容易实现、安全可靠。

技术领域

本发明涉及一种适用于大断面、大变形留巷顶板斜拉锚索位置优化确定的方法，尤其涉及一种沿空留巷顶板斜拉锚索加固位置确定方法。

背景技术

沿空留巷是无煤柱开采中重要的护巷方式，留巷支护及工艺目前方法较多，而大多留巷在一次采动、二次采动后，其顶板、两帮、甚至底鼓较严重，其中对顶板的加固处理包括补打单体支柱、顶板大锚索等方法，尤其是顶板打锚索比较普遍，但很多情况下锚索加固的效果不明显。

传统沿空留巷顶板加固锚索一般布置在巷道充填体附近，沿巷道轴向打一排锚索，锚索有垂直顶板和向实体煤侧倾斜两种，实践证明该布置方式并未有效控制顶板变形，说明锚索位置选择不合理。

沿空留巷顶板控制是保证留巷稳定的关键，特别是受采动后留巷顶板岩层的锚索加固对沿空留巷的稳定至关重要，因此设计确定合理的顶板锚索加固位置，可防止留巷顶板冒顶，保证工作面无煤柱安全高效开采。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种沿空留巷顶板斜拉锚索加固位置确定方法，适用于大断面、大变形留巷顶板斜拉锚索位置确定，可根据具体的开采条件准确设计顶板斜拉锚索的位置，可防止留巷顶板冒顶，保证工作面无煤柱安全高效开采。

本发明的技术方案是：一种沿空留巷顶板斜拉锚索加固位置确定方法，适用于大断面、大变形留巷顶板斜拉锚索位置确定，具体包括以下步骤：

步骤1.建立沿空留巷顶板薄板模型，确定薄板的边界条件：根据实际的沿空留巷顶板岩层条件和留巷断面尺寸，建立薄板几何模型，并确定薄板的边界条件为巷道轴向为对边自由、巷道采空侧为简支边界、巷道实体煤侧为固支边界，以此建立薄板的挠度表达式。

步骤2.计算得到薄板内最大主应力分布表达式：将挠度表达式与薄板边界条件联立计算出薄板的挠度解析解，将解析解求偏微分后代入薄板内力公式，后再将三个主应力表达式代入薄板内任意一点最大、最小主应力表达式中，最终得到薄板内的最大主应力分布解。

步骤3.计算顶板薄板岩层的应力比例系数：将薄板最大主应力解除以薄板岩层的抗拉强度，得到薄板岩层的应力比例系数。

步骤4.确定沿空留巷斜拉锚索布置位置：以比例系数作为判断顶板岩层破坏与否依据，破坏部位就是布置斜拉锚索的位置。

进一步，所述步骤1中薄板的几何模型如图1所示，薄板边界条件表达式为：

简支边：w_x＝a/2＝0，

固支边：w_x＝-a/2＝0，

自由边：对于y＝-b/2自由边，

对于y＝b/2自由边，

薄板的弹性曲面控制方程为：