[发明专利]一种用于急倾斜特厚煤层水平分段开采的支架选型方法

权利要求书

1.一种用于急倾斜特厚煤层水平分段开采的支架选型方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、确定所需支架的矿井类型并确定对应类型的支架工作阻力采煤循环最大值：将矿井分类成已投产矿井、新建矿井且其周围具有相似地质条件的已投产矿井和新建矿井且其周围无参照的已投产矿井；

其中对于已投产矿井，采用压力监测手段获取当前矿井投产时间内的支架工作阻力采煤循环最大值；对于新建矿井且其周围具有相似地质条件的已投产矿井，采用压力监测手段获取周围已投产矿井投产时间内的支架工作阻力采煤循环最大值；对于新建矿井且其周围无参照的已投产矿井，分析新建矿井覆岩结构，取其8倍采高岩体重量计算得到支架工作阻力最大值；

步骤二、将获取的支架工作阻力最大值，基于动静载叠加原理分成动载阻力值与静载阻力值，并根据动载阻力值与静载阻力值分别确定所处的动载强度等级和静载强度等级；最后根据动载强度等级和静载强度等级的情况初步确定所需的支架类型；

步骤三、将步骤二选择的支架类型支护到矿井后，先确定该支架类型的额定工作阻力，并计算该支架类型来压阶段的支架承受的载荷：确定水平分层综放工作面支架上的载荷由顶煤及上一分层残留顶煤和采空区部分冒落矸石的静载荷、直接顶载荷和基本顶载荷共同组成；基本顶断裂后迅速下沉，以冲击载荷的形式作用于支架，此时支架承担的载荷最大，来压阶段支架承受的载荷R为：

R＝R_I+R_T+K_dR_P

其中，R_I为顶煤及上一分层残留顶煤和采空区部分冒落矸石的静载荷、R_T为直接顶垮落的静载荷；R_P为基本顶产生的载荷，K_d为动载系数；

步骤四、根据地质资料和开采条件计算得顶煤静载荷R₁和直接顶垮落的静载荷R_T为

其中，煤的平均体积力γ_m＝14kN/m³，岩石的平均体积力γ＝25kN/m³；H_d为顶煤厚度；H_Z为直接顶垮落的岩石厚度；

步骤五、当开采深度加大后，覆岩上方形成拱形支撑结构，此时支架仅需承载拱形支撑结构下方的煤岩重量；因此，结合工作面实际情况进行重新估算支架所承担的顶煤及上一分层残留顶煤和采空区部分冒落矸石的静载荷R_I为

P＝R_I·l_k·b

式中，P为支架的工作阻力；l_k为控顶距；b为支架宽度；计算支架静载荷时，按照最小控顶距进行计算，保证安全性；

步骤六、确定采空区冒落矸石的重量R_L，具体计算过程为：

R_L＝R_I-R₁

其中，R₁为顶煤静载荷；R_I为步骤五得出的静载荷；

步骤七、当直接顶垮落后不能形成承载结构时，其重量由顶煤传递至支架承载；其上方老顶破断后形成铰接承载结构；最不利的条件为老顶破断后即失稳形成冲击，所形成的静载荷R_P：

R_P＝∑H_iγ

岩石的平均体积力γ＝25kN/m³；H_i为上覆煤岩的厚度；

步骤八、将步骤四至步骤七获得的数据代入步骤三中，得出来压阶段支架承受的载荷R，然后根据如下公式得出支架实际承受的最大工作阻力：

P＝R·l_kl·b

式中，P为支架的工作阻力；l_kl为最大控顶距；b为支架中心距；

将得出的实际承受最大工作阻力乘以偏载系数后与步骤三中该型号支架的额定工作阻力进行比较，若实际承受的最大工作阻力值未超过该型号支架的额定工作阻力的20％，则确定该型号支架能满足防冲安全开采的需要；

步骤九、对确定型号的支架进行基于底板矿震动载的支架工作阻力校验，若符合校验要求，则最终确定支架选型及额定载荷的数值；若不符合校验要求，则重新确定支架型号，并重复步骤三至九，直至校验符合要求。