[发明专利]近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方法及装置

权利要求书

1.近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，确定近距离煤层开采工作面的覆岩各关键层的数量以及所处的空间位置；

步骤二，根据步骤一获取的各关键层的数量以及所处的空间位置，结合各岩层的基本特征和力学属性，将采空区下近距离煤层工作面覆岩结构进行划分；

步骤三，根据不同岩层的煤层厚度、层间距的基本参数；通过支架承受的载荷计算公式确定顶板支架的工作阻力。

2.根据权利要求1所述的近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方，其特征在于，各关键层的数量以及所处的空间位置，具体为根据采空区下近距离煤层工作面采高、层间距及其岩层结构与上部煤层采高及其顶板岩层结构的关系。

3.根据权利要求1所述的近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方，其特征在于，当工作面覆岩结构为“直接顶岩层+垮落带岩层”顶板结构时，顶板支架的工作阻力通过如下支架承受的载荷计算公式确定；

式中：P为支架承受的载荷；H₁为直接顶的高度；b为控顶距；M为煤层厚度；α为矸石的安息角；f为普氏系数；γ为岩石的容重。

4.根据权利要求1所述的近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方，其特征在于，当工作面覆岩结构为“直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”顶板结构时，顶板支架的工作阻力通过如下支架承受的载荷计算公式确定；

式中：P为支架承受的载荷；Q₁为两煤层的层间岩层重量；Q为自然平

衡拱内矸石的重量；Q_z为新增垮落带岩层重量；H₁为直接顶的高度；k'

为垮落带压实后残余碎胀系数；b为控顶距；M为煤层厚度；α为矸石的安息角；f为普氏系数；γ为岩石的容重；k各岩层垮落带岩层的碎胀系数；k″为二次垮落矸石碎胀系数；H₃为上煤层垮落的矸石高度；S为基本顶岩梁在触矸处的下沉量；γ为岩石的容重。

5.根据权利要求1所述的近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方，其特征在于，当工作面覆岩结构为“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层”顶板结构时，顶板支架的工作阻力通过如下支架承受的载荷计算公式确定；

式中：P为支架承受的载荷；γ为岩石的容重；H₁为直接顶的高度；L断裂岩块的长度；为基本顶岩块的内摩擦角；θ为基本顶破断角；H₂为基本顶垮落高度；M为煤层厚度；k'为垮落带压实后残余碎胀系数；H₃为上煤层垮落的矸石高度；k各岩层垮落带岩层的碎胀系数；Q为自然平衡拱内矸石的重量。

6.根据权利要求1所述的近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方，其特征在于，当工作面覆岩结构为“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”顶板结构时，顶板支架的工作阻力通过如下支架承受的载荷计算公式确定；

P＝(4～8)Mγ

式中：P为支架承受的载荷；M为煤层厚度；γ为岩石的容重。

7.近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定装置，其特征在于，包括

参数确定单元，被配置为获取近距离煤层开采工作面的覆岩各关键层的数量以及所处的空间位置；

煤层划分单元，被配置为根据获取的各关键层的数量以及所处的空间位置，结合各岩层的基本特征和力学属性，将采空区下近距离煤层工作面覆岩结构进行“直接顶岩层+垮落带岩层”顶板结构、“直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”顶板结构、“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层”顶板结构和“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”顶板结构四种类型划分；

计算单元，被配置为根据不同岩层的煤层厚度、层间距的基本参数；通

过支架承受的载荷计算公式确定顶板支架的工作阻力。

8.根据权利要求7所述的近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定装置，其特征在于，计算单元包括，

第一计算单元，当工作面覆岩结构为“直接顶岩层+垮落带岩层”顶板结

构时，采用如下公式确定顶板支架的工作阻力；

式中：P为支架承受的载荷；H₁为直接顶的高度；b为控顶距；M为煤层厚度；α为矸石的安息角；f为普氏系数；γ为岩石的容重。

第二计算单元，当工作面覆岩结构“直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”顶板结构时，采用如下公式确定顶板支架的工作阻力；

式中：P为支架承受的载荷；Q₁为两煤层的层间岩层重量；Q为自然平衡拱内矸石的重量；Q_z为新增垮落带岩层重量；H₁为直接顶的高度；k'为垮落带压实后残余碎胀系数；b为控顶距；M为煤层厚度；α为矸石的安息角；f为普氏系数；γ为岩石的容重；k各岩层垮落带岩层的碎胀系数；k″为二次垮落矸石碎胀系数；H₃为上煤层垮落的矸石高度；S为基本顶岩梁在触矸处的下沉量；γ为岩石的容重。

第三计算单元，工作面覆岩结构为“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层”顶板结构时，采用如下公式确定顶板支架的工作阻力；

式中：P为支架承受的载荷；γ为岩石的容重；H₁为直接顶的高度；L断裂岩块的长度；为基本顶岩块的内摩擦角；θ为基本顶破断角；H₂为基本顶垮落高度；M为煤层厚度；k'为垮落带压实后残余碎胀系数；H₃为上煤层垮落的矸石高度；k各岩层垮落带岩层的碎胀系数；Q为自然平衡拱内矸石的重量。

第四计算单元，当工作面覆岩结构为“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”顶板结构时，采用如下公式确定顶板支架的工作阻力；

P＝(4～8)Mγ

式中：P为支架承受的载荷；M为煤层厚度；γ为岩石的容重。