[发明专利]浅埋近距离煤层群开采初次来压支架支护阻力的确定方法

说明书

本发明公开了一种浅埋近距离煤层群开采顶板初次来压支架支护阻力的确定方法，通过物理模拟研究发现下煤层工作面初次来压(层间覆岩初次破断)时，关键层初次破断形成“非对称三铰拱结构”，结构上的载荷层为上煤层采空区垮落顶板。上煤层垮落顶板结构在下煤层采动后活化，与下煤层三铰拱结构共同形成“非对称三铰拱梁与拱壳载荷结构”。通过建立浅埋近距离煤层群下煤层关键层固支梁力学模型，修正关键层极限垮距计算公式，确定下煤层顶板结构块的参数。建立近距离煤层群下煤层开采初次来压的支架载荷计算模型。基于动静载荷作用，提出了初次来压的合理支架工作阻力确定方法，为浅埋近距离煤层群开采的顶板初次来压控制提供了理论依据。

【技术领域】

本发明属于煤炭开采技术领域，涉及一种浅埋近距离煤层群开采顶板初次来压支架支护阻力的确定方法。

【背景技术】

陕北侏罗纪煤田是我国特大型煤炭资源基地，该区煤炭储量大、煤层埋藏浅，可采煤层多，开采条件相对简单。但煤田内各矿井随着开采规模逐年加大，部分区域的第一煤层已经开采完毕，将开始进行第二、三主采煤层的开采。根据多年来的生产实践，煤层群开采过程中在对下部煤层开采时容易出现异常压架、煤壁片帮、两巷底鼓量增大、冒顶等剧烈来压现象，不仅严重威胁到了操作人员的安全，而且制约了矿井的安全高效生产。

目前，浅埋近距离煤层群下煤层开采顶板初次来压顶板结构特征及支架载荷的确定均是采用单一浅埋煤层开采的顶板结构特征来确定支架载荷，但计算过程中并未考虑上煤层已经开采形成不均载荷的作用特征，也未考虑在不均载荷作用下的顶板破断规律及特征。

【发明内容】

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种考虑下煤层工作面在重复采动、载荷层厚度增大且加载不均情况下的浅埋近距离煤层群开采顶板初次来压支架支护阻力的确定方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

浅埋近距离煤层群开采顶板初次来压支架支护阻力的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立浅埋近距离煤层群下煤层关键层固支梁力学模型，并推导出下煤层关键层受不均载荷作用下的初次破断距计算公式：

下煤层关键层初次破断距决定了B关键块的长度；其中，h₁为下煤层关键层厚度，q₁为上煤层关键层铰接部分对应下煤层关键层所受载荷，q₂为上煤层关键层有一定压实部分对应下关键层所受载荷，R_T为岩石抗拉强度；

2)支架必须提供的支护阻力P由静态支护阻力P_m和动态载荷F_D组成；

3)煤层群下煤层开采过程中，初次来压时支架受到的平均压力为未来压时的1.3倍以上，则认定动载系数K_D为0.3以上，即顶板的动态载荷F_D为：

F_D＝K_D·P_m＝0.3P_m

则初次来压支架的支护阻力为：P≥P_m+F_D＝1.3P_m。

本发明进一步的改进在于：

按照各岩层或岩组对支架作用力空间位置从下向上的顺序，支架静态支护阻力P_m分别为下煤层直接顶重量、下煤层关键层垮落顶板载荷、上煤层关键层垮落顶板载荷以及静态支护阻力；

其中，下煤层关键层初次破断后形成了两个关键块：靠近工作面一侧的B关键块及靠近采空区一侧的C关键块，两相邻关键块与两侧煤壁相互铰接。

下煤层直接顶重量：