CN110532593B - 大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置，涉及煤矿开采技术领域，可以解决在开采大倾角煤层时，无法准确确定大倾角综采工作面的支护强度，容易引发工作面支架压垮事故的问题。其中方法包括：获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；将所述目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段、失稳段；创建所述滑移段及所述失稳段的力学模型；基于所述力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度。本申请适用于对大倾角综采工作面支护强度的确定。

Description

大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置
技术领域
本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及到一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置。
背景技术
我国矿井煤层赋存条件多样，多数矿区煤层都受地质构造影响较大。会造成大倾角煤层开采难度较大，工作面回采时，垂直岩层层面的作用力减小，其顶板较缓倾斜煤层顶板更难以冒落，如果后方采空区不能及时被垮落矸石充填，一旦顶板悬露达到一定面积，都有可能突然发生大面积垮落，压垮工作面支架并对人员造成伤害。此外，大倾角工作面往往需要排列100-200个不等的综采支架，单个综采支架往往重量达数十吨，由于倾角因素，大倾角工作面支架稳定性差，极易发生重心外移并造成连环倒架事故。近年来大倾角工作面支架压垮事故仍处于高发态势，因而有效确定出大倾角工作面的支护强度，对开采工作是十分有益的。
目前现有的确定大倾角工作面支护强度的方法可包括：顶板结构分析法，即工作面支架支护强度要满足支撑直接顶的重量，并平衡基本顶失稳时对支架的动载；数值分析法，即通过数值模拟软件，建立一个大倾角开采计算机模型，采用数值模拟手段对不同支护强度下支架控顶区范围内顶板下沉量进行模拟，然后得出一个合理的支护强度；工程类比分析法，即统计国内或邻近矿区类似煤层或工作面开采的支护强度，然后进行修正。
然而，上述三种确定大倾角综采工作面支护强度的方法，均存在盲目性高、偏差较大、可借鉴度不高等缺点，在实践中难以推广应用。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置，主要目的在于解决在开采大倾角煤层时，无法准确确定大倾角综采工作面的支护强度，容易引发工作面支架压垮事故的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法，该方法包括：
获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；
将所述目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段、失稳段；
创建所述滑移段及所述失稳段的力学模型；
基于所述力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度。
根据本申请的另一个方面，提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置，该装置包括：
获取模块，用于获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；
划分模块，用于将所述目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段、失稳段；
创建模块，用于创建所述滑移段及所述失稳段的力学模型；
计算模块，用于基于所述顶板力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度。
根据本申请的又一个方面，提供了一种非易失性可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述大倾角综采工作面支护强度的确定方法。
根据本申请的再一个方面，提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置，包括非易失性可读存储介质、处理器及存储在非易失性可读存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述大倾角综采工作面支护强度的确定方法。
借由上述技术方案，本申请提供的大倾角综采工作面支护强度的确定方法及装置，与目前常见的通过顶板结构分析法、数值分析法、工程类比分析法来确定大倾角工作面支护强度的方式相比，本申请基于对煤矿现场物理结构模型进行简化，自主创新开发了新的力学模型，通过精准的力学计算获得工作面支护强度数值，科学合理；本申请的采场物理和力学模型所依据参数均来源于煤矿现场实测，准确性高，无任何主观判断成分，与数值模拟方法相比，减少了人为干预的可能性；本申请提供的大倾角工作面支护强度确定方法简介易操作，根据煤层具体参数，通过上述的力学计算，即可确定工作面支护强度数值，与工程类比方法相比，减少了大面积类似矿井或煤层调研的工作量。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本地申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的另一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法的流程示意图；
图3示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度确定方法所依据的顶板垮落结构模型图；
图4示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度确定方法所依据的失稳段顶板力学模型图；
图5示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度确定方法所依据的滑移段顶板力学模型图；
图6示出了本申请实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置的结构示意图；
图7示出了本申请实施例提供的另一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置的结构示意图。
具体实施方式
下文将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
针对目前在开采大倾角煤层时，无法准确确定大倾角综采工作面的支护强度，容易引发工作面支架压垮事故的问题，本实施例提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法，如图1所示，该方法包括：
101、获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数。
其中，目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数为在进行大倾角煤层工作面开采前或开采进行时，通过检测设备实时动态获取的煤矿现场目标大倾角工作面的基本数据参数值，可包括该工作面的斜长、煤层厚度、煤层倾角、直接顶厚度及岩性、老顶厚度及岩性、直接顶岩层的碎胀系数、岩石垮落安息角等一系列参数。
对于本实施例的执行主体可为用于确定大倾角综采工作面支护强度的设备或装置，可通过构建力学模型，利用目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数，计算得到较为精确的大倾角综采工作面支护强度。
102、将目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，其中多段区域包括：滑移段、失稳段。
对于本实施例，在具体的应用场景中，从力学角度分析，大倾角工作面垂直层面的作用力较小，而沿层面方向的滑动力较大，顶板离层后易沿层面滑动，造成大范围的片帮冒顶和支架压垮事故。由于倾角较大，采空区垮落的矸石也会从工作面的上部自动向下部滑滚，对下部采空区进行充填，而上部采空区则处于空置状态。因此，开采大倾角煤层时垮落带、裂隙带和下沉带的分布情况与缓倾斜煤层差异性较大。
大倾角工作面顶板发生破断垮落后，冒落矸石下滑充满下部采空区，而中上部则为充填或未充填完全，其顶板运动的多维性和不对称性影响大倾角采场的矿压显现。大倾角煤层工作面采场顶板岩层的变形、破坏和运动形式有别于缓倾斜煤层工作面，采场顶板应力呈现高度不均匀、不对称分布。
由于采空区充填不一致，致使顶板给予工作面支架载荷的形式及大小存在显著差异，矿压显现呈现典型的“三段”式特征。尤其是当大倾角煤层直接顶板和老顶存在岩性差异较大或存在软弱夹层的情况下，直接顶板和老顶运动存在明显的不协调性，离层后的直接顶板在覆岩倾向载荷和自身“下滑力”的推动下沿工作面倾向产生滑动。由于工作面下部部分充填，一定程度上阻止了直接顶板的离层，而临近充填段的工作面中下部则易产生顶板滑脱现象，当工作面支护强度不足以阻止直接顶板的离层时，极易产生压垮事故。煤矿单个工作面布置的支架总重量达数千吨，一旦压垮不但会造成人身伤亡，而且损失巨大。故需要按照顶板运动状态将目标大倾角工作面划分为滑移段、失稳段、充填段三段区域，需要对目标大倾角工作面中滑移段、失稳段这两段区域构建力学模型，进行力学分析。
103、创建滑移段及失稳段的力学模型。
对于本实施例，在具体的应用场景中，由于大倾角煤层直接顶板和老顶往往存在岩性差异，造成直接顶板在下沉过程中与老顶产生离层，离层后的直接顶板在覆岩倾向载荷和自身“下滑力”的推动下沿工作面倾向产生滑动。由于工作面下部充填，一定程度上阻止了直接顶板的离层，而临近充填段的工作面中下部则成为易产生压垮的危险区域，当工作面支护强度不足以阻止直接顶的离层时，极易产生大面积压垮事故。故需要进一步建立滑移段及失稳段的力学模型，分析大倾角工作面中下部的受力情况，进一步确定出大倾角综采工作面的支护强度。
104、基于力学模型及煤层赋存条件和开采技术条件参数计算目标大倾角工作面的支护强度。
对于本实施例，在具体的应用场景中，由于工作面下部充填充分，上部顶板向下滑移导致工作面中部出现失稳段，该失稳段荷载强度较工作面上部和下部荷载强度大。大倾角工作面支护强度的确定除满足直接顶板岩层沿法向方向的自重和部分老顶载荷外，还需满足上部直接顶板滑移产生的附加载荷。
本实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法，与目前现有技术相比，可实时动态获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数，将目标大倾角工作面的直接顶板按照顶板运动状态划分为滑移段、失稳段、充填段三段区域，并为滑移段、失稳段这两段区域分别创建力学模型，基于力学模型确定的力学分布恒等关系及动态获取的数据参数，准确计算得到目标大倾角工作面的支护强度。本申请确定目标大倾角工作面的支护强度的方法，与现有方法相比，通过精准的力学计算获得工作面支护强度数值，增加了支护强度确定方法的科学性，通过实时获取的目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数，不断动态更新大倾角工作面的支护强度，无任何主观判断成分，减少了人为干预的可能性，使计算出的支护强度与实际强度值偏差较小。
进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了说明上述实施例的具体实施过程，本实施例提供了另一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法，如图2所示，该方法包括：
201、获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数。
对于本实施例，在具体的应用场景中，本申请的采场物理和力学模型所依据的煤层赋存条件和开采技术条件参数均来源于煤矿现场实测，准确性高，无任何主观判断成分，与传统的数值模拟方法相比，减少了人为干预的可能性。
202、将目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，其中多段区域包括：滑移段、失稳段。
对于本实施例，在具体的应用场景中，大倾角工作面支护强度过高则意味着支架重量上升，除了不经济外，重型支架的搬运也比较困难，支护强度过低则易造成大面积压垮事故。通过对大倾角工作面矿压显现规律进行分析，认为大倾角工作面采空区充填不一致，造成顶板施加于工作面支架载荷的形式及大小存在显著差异，矿压显现呈现典型的“三段”式特征，即弱-强-弱分布。工作面最下部采空区由于得到上部滚落矸石充填，矿压显现较弱，临近充填区域的中下部则矿压显现最强烈，极易发生支架大面积压垮事故，工作面上部由于边界效应和垂直层面的作用力较小，矿压显现程度弱于工作面中下部。
相应的，可将大倾角工作面直接顶板视为一个三边固支、一边简支的板梁结构，将该板梁结构按顶板运动状态进行三段式划分，分别为滑移段、失稳段、充填段。顶板垮落结构模型图具体如图3所示，1为滑移段，2为失稳段，3为充填段，4为直接顶板，5为老顶，6为支架顶梁。大倾角工作面下部采空区充填效果和工作面长度、采高、直接顶厚度及煤层倾角密切相关。
设工作面倾斜长度为l，充填段长度为l3，则根据顶板垮落结构模型图可确定出充填段长度l3的计算公式1为：
Figure BDA0002130675380000071
其中，α为工作面煤层倾角，h为直接顶板的厚度，l为工作面倾斜长度，β为岩石垮落安息角，m为煤层厚度，k为直接顶岩层的碎胀系数。
203、创建滑移段及失稳段的力学模型。
对于本实施例，在具体的应用场景中，如图4所示，可创建失稳段的力学模型图，即可根据失稳段的力学模型图获取到失稳段的力学模型为(公式2)：
Figure BDA0002130675380000072
其中，P为支架顶梁对直接顶板的支护强度，T为直接顶板滑移段的下滑力，FS为支架顶梁和直接顶板间的层面摩擦力，h为直接顶板的厚度，γ为直接顶板的容重，α为工作面煤层倾角。
相应的，如图5所示，可创建滑移段的力学模型图，即可根据滑移段的力学模型图获取到滑移段的力学模型为(公式3、公式4)：
F1+γhl1cosα＝F2..............................................公式3
T＝γhsinα·l1-F1f1-F2f2，......................................公式4
其中，f1为直接顶板与老顶间的摩擦系数，f2为直接顶板与支架顶梁间的摩擦系数，F1为覆岩对直接顶板的作用力，F2为支架顶梁对直接顶板的作用力，T为直接顶板滑移段的下滑力，γ为直接顶板的容重，α为工作面煤层倾角，l1为所述滑移段的长度，h为直接顶板的厚度。
204、通过失稳段的力学模型确定目标大倾角工作面的压垮失稳条件。
对于本实施例，确定的目标大倾角工作面的压垮失稳条件为(公式5)：
Figure BDA0002130675380000081
其中，T为直接顶板滑移段的下滑力，FS为支架顶梁和直接顶板间的层面摩擦力，h为直接顶板的厚度，γ为直接顶板的容重，α为工作面煤层倾角。
205、将失稳段的变形特征及滑移段的力学模型代入压垮失稳条件中，计算得到滑移段的下滑力。
对于本实施例，可用公式6表征失稳段的变形特征：
Figure BDA0002130675380000082
可将公式6简化进一步为：
Figure BDA0002130675380000083
将公式7带入实施例步骤204的压垮失稳条件(公式5)中，进一步转换得到直接顶板滑移段的下滑力T为：
Figure BDA0002130675380000084
其中，l2为失稳段长度，T为直接顶板滑移段的下滑力，α为工作面煤层倾角，γ为直接顶板的容重，FS为支架顶梁对直接顶板的作用力。
将实施例步骤203中，根据滑移段的力学模型获取到的公式3、公式4及工作面倾斜长度l的计算公式l＝l1+l2+l3代入公式到8中，即进一步得到关于失稳段l2的常规一元三次方程(公式9)：
Figure BDA0002130675380000091
将实施例步骤202中导出的关于充填段长度l3的计算公式1代入公式9中，求解即可得到失稳段长度l2；
进而将计算出的失稳段长度l2代入实施例步骤203的公式4中，即可求取得到直接顶板滑移段的下滑力T。
206、利用滑移段的下滑力计算目标大倾角工作面直接顶板滑移段的附加荷载。
对于本实施例，在具体的应用场景中，由于工作面下部充填充分，上部顶板向下滑移导致工作面中部出现失稳段，该失稳段荷载强度较工作面上部和下部荷载强度大。大倾角工作面支护强度P的确定除满足直接顶岩层岩法向方向的自重和部分老顶载荷外，还需满足直接顶滑移段产生的附加载荷PT。根据挠度的叠加原理，滑移段对失稳段上端部作用的下滑力可等效于均布的附加载荷作用于失稳段上。
其中，附加荷载的计算公式为：
Figure BDA0002130675380000092
其中，PT为滑移段产生的附加载荷，T为直接顶板滑移段的下滑力，α为工作面煤层倾角，L为直接顶板的悬露长度，l2为失稳段长度。
相应的，将实施例步骤205中计算得到的滑移段的下滑力T代入公式10中，即可计算得到附加荷载PT。
207、通过附加荷载确定目标大倾角工作面的支架支护强度。
对于本实施例，目标大倾角工作面的支架支护强度的计算公式为：
Figure BDA0002130675380000093
其中，Ps为支架支护强度，Q为支架承担的老顶的部分载荷，PT为滑移段产生的附加载荷，γ为直接顶的容重，h为直接顶板的厚度，T直接顶板滑移段的下滑力，L为直接顶的悬露长度，l2为失稳垮段的长度，α为工作面煤层倾角。
208、输出目标大倾角工作面的支架支护强度。
对于本实施例，在计算出目标大倾角工作面的支架支护强度后，需要实时将支架支护强度进行输出展示，便于施工过程中，能够直观准确的实时获取到煤矿现场的支架支护强度，当实测的数据参数发生动态变化时，可将重新计算出的支架支护强度更新到输出结果中，其中，支架支护强度的输出展示形式可包括音频输出、视频输出、页面文字输出等。
通过上述大倾角综采工作面支护强度的确定方法，可实时动态获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数，将目标大倾角工作面按照顶板运动状态划分为滑移段、失稳段、充填段三段区域，并为滑移段、失稳段这两段区域分别创建力学模型，基于力学模型确定的力学分布恒等关系及动态获取的数据参数，准确计算得到目标大倾角工作面的支护强度。本申请确定目标大倾角工作面的支护强度的方法，与现有方法相比，提供了一种支架支护强度的确定方案，是通过精准的力学计算获得工作面支护强度数值，增加了支护强度确定方法的科学性。另外，通过实时获取的目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数，不断动态更新大倾角工作面的支护强度，无任何主观判断成分，能够减少人为干预的可能性，使计算出的支护强度较为准确。
需要说明的，本实施例中创建的顶板力学模型及支架支护强度的计算方式可实现在多种应用场景下的复用，必要时可根据实际情况进行适当的改动，在此不做出具体限定。
进一步的，作为图1和图2所示方法的具体体现，本申请实施例提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置，如图6所示，该装置包括：获取模块31、划分模块32、创建模块33、计算模块34。
获取模块31，可用于获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；
划分模块32，可用于将目标大倾角工作面直接顶板在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，其中多段区域包括：滑移段、失稳段；
创建模块33，可用于创建滑移段及失稳段的力学模型；
计算模块34，可用于基于力学模型及煤层赋存条件和开采技术条件参数计算目标大倾角工作面的支护强度。
在具体的应用场景中，滑移段的力学模型为：
F1+γhl1cosα＝F2，T＝γhsinα·l1-F1f1-F2f2，其中，f1为直接顶板与老顶间的摩擦系数，f2为直接顶板与支架顶梁间的摩擦系数，F1为覆岩对直接顶板的作用力，F2为支架顶梁对直接顶板的作用力，T为直接顶板滑移段的下滑力，γ为直接顶板的容重，α为工作面煤层倾角，l1为滑移段的长度，h为直接顶板的厚度。
相应的，失稳段的力学模型为：
Figure BDA0002130675380000111
其中，P为支架顶梁对直接顶板的支护强度，T为直接顶板滑移段的下滑力，FS为支架顶梁和直接顶板间的层面摩擦力，h为直接顶板的厚度，γ为直接顶板的容重，α为工作面煤层倾角。
在具体的应用场景中，为了基于顶板力学模型及数据参数计算目标大倾角工作面的支护强度，计算模块34，具体可用于通过失稳段的力学模型确定目标大倾角工作面的压垮失稳条件；将失稳段的变形特征及滑移段的力学模型代入顶板的压垮失稳条件中，计算得到滑移段的下滑力；利用滑移段的下滑力计算目标大倾角工作面直接顶板的附加荷载；通过附加荷载确定目标大倾角工作面的支架支护强度。
相应的，附加荷载的计算公式为：
Figure BDA0002130675380000112
其中，PT为滑移段产生的附加载荷，T为直接顶板滑移段的下滑力，α为工作面煤层倾角，L为直接顶板的悬露长度，l2为失稳段长度。
在具体的应用场景中，支架支护强度的计算公式为：
Figure BDA0002130675380000113
其中，Ps为支架支护强度，Q为支架承担的老顶的部分载荷，PT为滑移段产生的附加载荷，γ为直接顶的容重，h为直接顶板的厚度，T为直接顶板滑移段的下滑力，L为直接顶的悬露长度，l2为失稳段的长度，α为工作面煤层倾角。
相应的，为了使计算出的支架支护强度直观显示，如图7所示，本装置还包括：输出模块35。
输出模块35，可用于输出目标大倾角工作面的支架支护强度。
需要说明的是，本实施例提供的一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置所涉及各功能单元的其它相应描述，可以参考图1至图2中的对应描述，在此不再赘述。
基于上述如图1和图2所示方法，相应的，本申请实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述如图1和图2所示的大倾角综采工作面支护强度的确定方法。
基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施场景的方法。
基于上述如图1、图2所示的方法，以及图6、图7所示的虚拟装置实施例，为了实现上述目的，本申请实施例还提供了一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置，具体可以为个人计算机、服务器、网络设备等，该实体装置包括存储介质和处理器；存储介质，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1和图2所示的大倾角综采工作面支护强度的确定方法。
可选地，该大倾角综采工作面支护强度的确定装置还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(Radio Frequency，RF)电路，传感器、音频电路、WI-FI模块等等。用户接口可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)等，可选用户接口还可以包括USB接口、读卡器接口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如蓝牙接口、WI-FI接口)等。
本领域技术人员可以理解，本实施例提供的大倾角综采工作面支护强度的确定装置结构并不构成对该实体装置的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
非易失性可读存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是确定大倾角综采工作面支护强度的实体设备硬件和软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它软件和/或程序的运行。网络通信模块用于实现非易失性可读存储介质内部各组件之间的通信，以及与该实体设备中其它硬件和软件之间通信。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与目前现有技术相比，本申请可实时动态获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数，将目标大倾角工作面按照顶板运动状态划分为滑移段、失稳段、充填段三段区域，并为滑移段、失稳段这两段区域分别创建顶板力学模型，基于顶板力学模型确定的力学分布恒等关系及动态获取的数据参数，准确计算得到目标大倾角工作面的支护强度。本申请确定目标大倾角工作面的支护强度的方法，与现有方法相比，提供了一种支架支护强度的确定方案，是通过精准的力学计算获得工作面支护强度数值，增加了支护强度确定方法的科学性。另外，通过实时获取的目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数，不断动态更新大倾角工作面的支护强度，无任何主观判断成分，能够减少人为干预的可能性，使计算出的支护强度较为准确。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种大倾角综采工作面支护强度的确定方法，其特征在于，包括：
获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；
将所述目标大倾角工作面直接顶板（4）在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段（1）、失稳段（2）；
创建所述滑移段（1）及所述失稳段（2）的力学模型；
基于所述力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度；
其中，所述滑移段（1）的力学模型为：
Figure 374156DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 117990DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 916182DEST_PATH_IMAGE003
为直接顶板（4）与老顶（5）间的摩擦系数，
Figure 380661DEST_PATH_IMAGE004
为直接顶板（4）与支架顶梁（6）间的摩擦系数，
Figure 190486DEST_PATH_IMAGE005
为覆岩对直接顶板（4）的作用力，
Figure 715008DEST_PATH_IMAGE006
为支架顶梁（6）对直接顶板（4）的作用力，
Figure 623665DEST_PATH_IMAGE007
为直接顶板（4）滑移段（1）的下滑力，
Figure 891835DEST_PATH_IMAGE008
为直接顶板（4）的容重，
Figure 680799DEST_PATH_IMAGE009
为工作面煤层倾角，
Figure 517168DEST_PATH_IMAGE010
为所述滑移段（1）的长度，
Figure 758794DEST_PATH_IMAGE011
为直接顶板（4）的厚度；
所述失稳段（2）的力学模型为：
Figure 565076DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 864339DEST_PATH_IMAGE013
为支架顶梁（6）对直接顶板（4）的支护强度，
Figure 465085DEST_PATH_IMAGE007
为直接顶板（4）滑移段（1）的下滑力，
Figure 600531DEST_PATH_IMAGE014
为支架顶梁（6）和直接顶板（4）间的层面摩擦力，
Figure 210504DEST_PATH_IMAGE011
为直接顶板（4）的厚度，
Figure 974060DEST_PATH_IMAGE015
为直接顶板（4）的容重，
Figure 637385DEST_PATH_IMAGE009
为工作面煤层倾角；
所述基于所述力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度，具体包括：
通过所述失稳段（2）的力学模型确定所述目标大倾角工作面的压垮失稳条件；
将所述失稳段（2）的变形特征及所述滑移段（2）的力学模型代入所述压垮失稳条件中，计算得到所述滑移段（2）的下滑力；
利用所述滑移段（2）的下滑力计算所述目标大倾角工作面直接顶板（4）滑移段（1）的附加荷载；
通过所述附加荷载确定所述目标大倾角工作面的支架支护强度；
所述附加荷载的计算公式为：
Figure 384761DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 673791DEST_PATH_IMAGE017
为滑移段（1）产生的附加载荷，
Figure 557434DEST_PATH_IMAGE018
为直接顶板（4）滑移段（1）的下滑力，
Figure 155774DEST_PATH_IMAGE009
为工作面煤层倾角，
Figure 265813DEST_PATH_IMAGE019
为直接顶板（4）的悬露长度，
Figure 217588DEST_PATH_IMAGE020
为失稳段长度；
所述支架支护强度的计算公式为：
Figure 844485DEST_PATH_IMAGE021
，其中，
Figure 489093DEST_PATH_IMAGE022
为支架支护强度，
Figure 820849DEST_PATH_IMAGE023
为支架承担的老顶（5）的部分载荷，
Figure 576315DEST_PATH_IMAGE017
为滑移段（1）产生的附加载荷，
Figure 559183DEST_PATH_IMAGE015
为直接顶（4）的容重，
Figure 515638DEST_PATH_IMAGE011
为直接顶板（4）的厚度，
Figure 459323DEST_PATH_IMAGE018
为直接顶板（4）滑移段（1）的下滑力，
Figure 379000DEST_PATH_IMAGE019
为直接顶（4）的悬露长度，
Figure 826162DEST_PATH_IMAGE020
为失稳段（2）的长度，
Figure 812572DEST_PATH_IMAGE009
为工作面煤层倾角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述顶板力学模型及所述数据参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度之后，具体还包括：
输出所述目标大倾角工作面的支架支护强度。
3.一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标大倾角工作面的煤层赋存条件和开采技术条件参数；
划分模块，用于将所述目标大倾角工作面直接顶板（4）在倾斜方向上按照顶板运动状态划分为多段区域，所述多段区域包括：滑移段（1）、失稳段（2）；
创建模块，用于创建所述滑移段（1）及所述失稳段（2）的力学模型；
计算模块，用于基于所述顶板力学模型及所述煤层赋存条件和开采技术条件参数计算所述目标大倾角工作面的支护强度；
其中，所述滑移段（1）的力学模型为：
Figure 384499DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 871981DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 439229DEST_PATH_IMAGE003
为直接顶板（4）与老顶（5）间的摩擦系数，
Figure 471907DEST_PATH_IMAGE004
为直接顶板（4）与支架顶梁（6）间的摩擦系数，
Figure 390184DEST_PATH_IMAGE005
为覆岩对直接顶板（4）的作用力，
Figure 937751DEST_PATH_IMAGE006
为支架顶梁（6）对直接顶板（4）的作用力，
Figure 766029DEST_PATH_IMAGE007
为直接顶板（4）滑移段（1）的下滑力，
Figure 94242DEST_PATH_IMAGE008
为直接顶板（4）的容重，
Figure 93291DEST_PATH_IMAGE009
为工作面煤层倾角，
Figure 63521DEST_PATH_IMAGE010
为所述滑移段（1）的长度，
Figure 480727DEST_PATH_IMAGE011
为直接顶板（4）的厚度；
所述失稳段（2）的力学模型为：
Figure 979842DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 233231DEST_PATH_IMAGE013
为支架顶梁（6）对直接顶板（4）的支护强度，
Figure 351360DEST_PATH_IMAGE007
为直接顶板（4）滑移段（1）的下滑力，
Figure 606760DEST_PATH_IMAGE014
为支架顶梁（6）和直接顶板（4）间的层面摩擦力，
Figure 276776DEST_PATH_IMAGE011
为直接顶板（4）的厚度，
Figure 280111DEST_PATH_IMAGE015
为直接顶板（4）的容重，
Figure 60985DEST_PATH_IMAGE009
为工作面煤层倾角；
所述计算模块，具体用于通过所述失稳垮段（2）的力学模型确定所述目标大倾角工作面的压垮失稳条件；将所述失稳段（2）的变形特征及所述滑移段（1）的力学模型代入所述顶板的压垮失稳条件中，计算得到所述滑移段（2）的下滑力；利用所述滑移段（2）的下滑力计算所述目标大倾角工作面直接顶板（4）的附加荷载；通过所述附加荷载确定所述目标大倾角工作面的支架支护强度；
所述附加荷载的计算公式为：
Figure 452783DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 293700DEST_PATH_IMAGE017
为滑移段（1）产生的附加载荷，
Figure 20217DEST_PATH_IMAGE018
为直接顶板（4）滑移段（1）的下滑力，
Figure 745727DEST_PATH_IMAGE009
为工作面煤层倾角，
Figure 116666DEST_PATH_IMAGE019
为直接顶板（4）的悬露长度，
Figure 754583DEST_PATH_IMAGE020
为失稳段长度；
所述支架支护强度的计算公式为：
Figure 578182DEST_PATH_IMAGE021
，其中，
Figure 841805DEST_PATH_IMAGE022
为支架支护强度，
Figure 723042DEST_PATH_IMAGE023
为支架承担的老顶（5）的部分载荷，
Figure 905761DEST_PATH_IMAGE017
为滑移段（1）产生的附加载荷，
Figure 623182DEST_PATH_IMAGE015
为直接顶（4）的容重，
Figure 549549DEST_PATH_IMAGE011
为直接顶板（4）的厚度，
Figure 518249DEST_PATH_IMAGE018
为直接顶板（4）滑移段（1）的下滑力，
Figure 12815DEST_PATH_IMAGE019
为直接顶（4）的悬露长度，
Figure 76586DEST_PATH_IMAGE020
为失稳段（2）的长度，
Figure 337803DEST_PATH_IMAGE009
为工作面煤层倾角。
4.一种大倾角综采工作面支护强度的确定装置，包括非易失性可读存储介质、处理器及存储在非易失性可读存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至2中任一项所述的大倾角综采工作面支护强度的确定方法。
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大倾角大采高综采面倾向长度尺度效应分析;范志忠等;《煤炭学报》;20160315(第03期);全文 *

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