[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

说明书

本发明涉及煤炭开采领域，具体涉及近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方法及装置;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；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；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。本发明能够降低近距离上下煤层间开采的相互影响，避免工作面和巷道顶板产生破坏而引发的冒顶、漏顶、工作面漏风等重大事故，极大程度上提高矿井的安全生产。

技术领域

本发明涉及煤炭开采领域，具体涉及近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方法及装置。

背景技术

近年来，随着煤炭开采强度的增加，下组煤开采向深部转移，近距离煤层的开采问题已引起人们高度重视；然而在近距离煤层开采过程中，由于上部煤层开采后，形成垮落带和裂隙带，当开采下部煤层时，覆岩结构与单一煤层开采有较大区别，导致采空区下工作面矿压显现表现出不同的特征，这种条件下工作面支架载荷的确定在传统顶板控制理论中找不到答案。因此有必要对采空区下近距离煤层采场顶板岩层结构与顶板控制进行进一步研究，从而定量分析其支架载荷。

近距离煤层开采时，由于上、下部煤层采高及其层间距的不同，下部煤层开采时，上覆岩层结构造成工作面的矿压显现不同；因此急需对此类采场的顶板结构进行分类，进而对不同顶板结构下的工作面支架的载荷进行分析，以满足采空区下近距离煤层在开采过程中顶板的控制要求；采空区下近距离煤层工作面覆岩结构进行划分，具体的划分为“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。

发明内容

本发明提供了近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方法及装置，旨在解决如何确定采空区下近距离煤层综采工作面支架的工作阻力的问题。

本发明第一方面在于提供了一种近距离煤层综采工作面支架工作阻力确定方法，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。

其中，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。

进一步，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。

进一步，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。