[0001]
本发明涉及煤矿开采与煤矿安全技术领域，尤其涉及一种煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法。
背景技术：
[0002]
煤矿综放工作面回采巷道超前区域是矿压防治的重点，也是冲击地压等动力灾害的主要发生区域。《煤矿安全规程》第九十七条规定，“采煤工作面所有安全出口与巷道连接处超前压力影响范围内必须加强支护，且加强支护的巷道长度不得小于20米；综合机械化采煤工作面，此范围内的巷道高度不得低于1.8米。”因此，进行合理有效的超前支护参数设计对于综放工作面安全生产十分必要。
[0003]
初撑力是回采巷道超前支护计算的关键参数之一，决定了超前支护的支撑效果和安全性能。目前关于初撑力的计算方法主要是基于经验公式、数值模拟分析以及一些较为繁琐且理论化的力学模型推导，导致现有初撑力确定方法的科学性和可操作性不强。因此，有必要提出一种既符合现场实际又简单实用的综放工作面回采巷道超前支护初撑力计算方法。
技术实现要素：
[0004]
针对上述问题，本发明提供了一种煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，有效解决现有初撑力确定方法的科学性和可操作性不强的技术问题。
[0005]
本发明提供的技术方案如下：
[0006]
一种煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，包括：
[0007]
s10确定单位棚距下回采巷道保持顶板稳定所需的总支护强度；
[0008]
s20确定单位棚距下回采巷道布置超前支护前的原支护强度；
[0009]
s30根据所述总支护强度和原支护强度确定单位棚距下回采巷道超前支护所需强度；
[0010]
s40根据计算得到的超前支护强度确定回采巷道超前支护初撑力；
[0011]
s50对回采巷道超前支护初撑力计算结果的合理性进行验算。
[0012]
本发明的煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，是一种符合现场实际、易操作且实用的超前支护参数计算方法，只需基于煤矿综放工作面实际的地质和生产技术参数，便可确定回采巷道超前支护初撑力的大小，为综放工作面矿压防治提供一定指导。
附图说明
[0013]
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
[0014]
图1为本发明煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法流程示意图。
具体实施方式
[0015]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0016]
如图1所示为本发明提供的煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法流程示意图，从图中可以看出，该规划方法中包括：
[0017]
s10确定单位棚距下回采巷道保持顶板稳定所需的总支护强度。
[0018]
回采巷道的超前支护强度加上原巷道支护形式必须在回采期间对巷道的残余强度不小于回采期间围岩对巷道的顶压时才能确保巷道顶板的稳定。在老顶给定变形的条件下，巷道内总支护应当控制住顶煤和直接顶并使其与老顶贴紧，故总支护强度至少应当平衡顶煤和直接顶的岩重。据此可确定单位棚距下保持顶板稳定所需的总支护强度，包括：获取顶煤密度、顶煤厚度、直接顶密度、直接顶厚度、单位棚距支护长度及单位棚距支护宽度之后，根据获取的参数计算得到保持顶板稳定所需的总支护强度p
总
，如式(1)：
[0019]
p
总
＝(ρ
m
·
h
m
+p
z
·
h
z
)
·
g
·
l
·
b
·
k
??
(1)
[0020]
其中，总支护强度p
总
的单位为kn；ρ
m
表示顶煤密度，单位为kg/m3；h
m
表示顶煤厚度，单位为m；ρ
z
表示直接顶密度，单位为kg/m3；h
z
表示直接顶厚度，单位为m；g表示重力加速度，取值为10m/s2；l表示单位棚距支护长度，单位为m；b表示单位棚距支护宽度，单位为m；k表示动压系数，一般取值为2。
[0021]
s20确定单位棚距下回采巷道布置超前支护前的原支护(锚网索支护)强度。
[0022]
具体，在获取顶板锚杆锚固力、及顶板锚杆根数、顶板锚索锚固力及顶板锚索根数之后，根据获取的参数计算得到回采巷道布置超前支护前的原支护(锚网索支护)强度p
原
，如式(2)：
[0023]
p
原
＝(p
锚杆
·
n1+p
锚索
·
n2)
·
η
??
(2)
[0024]
其中，p
原
的单位为kn；p
锚杆
表示锚杆的锚固力，p
锚索
表示锚索的锚固力，单位为kn/根；n1表示顶板锚杆的根数，n2表示顶板锚索的根数，单位为根；η表示残余支护有效系数，一般取值为0.6。
[0025]
s30根据总支护强度和原支护强度确定单位棚距下回采巷道超前支护所需强度p
超前
，如式(3)：
[0026]
p
超前
＝p
总-p
原
??
(3)
[0027]
其中，p
超前
的单位为kn。
[0028]
s40根据计算得到的超前支护强度确定回采巷道超前支护初撑力p
初
，如式(4)：
[0029][0030]
其中，超前支护初撑力p
初
的单位为kn；m表示单体液压支柱排数，单位为排；p
超前
表示单位棚距下回采巷道超前支护所需强度，单位为kn。
[0031]
s50对回采巷道超前支护初撑力计算结果的合理性进行验算。具体：首先获取单体液压支柱的柱径和额定工阻；之后根据单体液压支柱的柱径和额定工阻对回采巷道超前支护初撑力p
初
计算结果的合理性进行验算，如式(5)：
[0032]
p
min
≤p
初
＜p
max
??
(5)
[0033]
其中，p
min
表示不同柱径的单体液压支柱对应的最小初撑力，单位为kn，其中柱径为100mm的单体液压支柱满足p
min
＝90kn，柱径为80mm的单体液压支柱满足p
min
＝60kn；p
max
表示单体液压支柱的额定工阻，单位为kn。
[0034]
在一实例中，某矿综放工作面回采巷道超前区域矿压显现较为严重，原设计的单体液压支柱初撑力不足，导致顶板下沉严重。采用本发明提供的方法对该工作面超前支护进行重新规划，具体步骤为：
[0035]
(1)获取基于煤矿综放工作面实际的地质和生产技术参数，包括：顶煤密度1400kg/m3，顶煤厚度8.4m，直接顶密度2500kg/m3，直接顶厚度2.2m，单位棚距支护长度1m，单位棚距支护宽度2.5m，并基于此计算出单位棚距下保持顶板稳定所需的总支护强度p
总
，如式(6)：
[0036][0037]
(2)根据综放工作面运输巷顶板布置的6根锚杆(回风巷顶板布置5根锚杆和1根锚索，锚杆锚固力100kn/根，锚索锚固力250kn/根)，分别计算出运输巷和回风巷单位棚距下布置超前支护前的原支护(锚网索支护)强度p
原-运输巷
和p
原-回风巷
，如式(7)和(8)：
[0038][0039][0040]
(3)分别计算单位棚距下回采巷道超前支护所需强度p
超前-运输巷
和p
超前-回风巷
，如式(9)和(10)：
[0041]
p
超前-运输巷
＝p
总-p
原-运输巷
＝863-360＝503kn
??
(9)
[0042]
p
超前-回风巷
＝p
总-p
原-回风巷
＝863-450＝413kn
??
(10)
[0043]
(4)综放工作面运输巷和回风巷均布置2排单体液压支柱，分别计算运超前支护初撑力，如式(11)和(12)：
[0044][0045][0046]
(5)综放工作面运输巷和回风巷均采用dw28-300/100x型号的单体液压支柱，柱径100mm，对应的最小初撑力p
min
＝90kn，额定工阻p
max
＝300kn，初撑力验算结果，如式(13)和(14)：
[0047]
p
min
≤p
初-运输巷
＝251.5kn＜p
max
??
(13)
[0048]
p
min
≤p
初-回风巷
＝206.5kn＜p
max
??
(14)
[0049]
经验算，本发明确定的该综放工作面运输巷和回风巷超前支护初撑力均满足设计要求，能够抵御综放工作面回采期间的采动影响，较好的控制巷道围岩变形，保证综放工作面超前区域的安全生产。
[0050]
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施
方式，应当指出，对于本技术领域的普通相关人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。技术特征：
1.一种煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，其特征在于，包括：s10确定单位棚距下回采巷道保持顶板稳定所需的总支护强度；s20确定单位棚距下回采巷道布置超前支护前的原支护强度；s30根据所述总支护强度和原支护强度确定单位棚距下回采巷道超前支护所需强度；s40根据计算得到的超前支护强度确定回采巷道超前支护初撑力；s50对回采巷道超前支护初撑力计算结果的合理性进行验算。2.如权利要求1所述的煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，其特征在于，步骤s10确定单位棚距下回采巷道保持顶板稳定所需的总支护强度中包括：s11获取顶煤密度、顶煤厚度、直接顶密度、直接顶厚度、单位棚距支护长度及单位棚距支护宽度；s12根据获取的参数计算得到保持顶板稳定所需的总支护强度p
总
：p
总
＝(ρ
m
·
h
m
+p
z
·
h
z
)
·
g
·
l
·
b
·
k其中，总支护强度p
总
的单位为kn；ρ
m
表示顶煤密度，单位为kg/m3；h
m
表示顶煤厚度，单位为m；ρ
z
表示直接顶密度，单位为kg/m3；h
z
表示直接顶厚度，单位为m；g表示重力加速度，取值为10m/s2；l表示单位棚距支护长度，单位为m；b表示单位棚距支护宽度，单位为m；k表示动压系数。3.如权利要求2所述的煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，其特征在于，在步骤s20确定单位棚距下回采巷道布置超前支护前的原支护强度中包括：s21获取顶板锚杆锚固力、及顶板锚杆根数、顶板锚索锚固力及顶板锚索根数；s22根据获取的参数计算得到回采巷道布置超前支护前的原支护强度p
原
：p
原
＝(p
锚杆
·
n1+p
锚索
·
n2)
·
η其中，原支护强度p
原
的单位为kn；p
锚杆
表示锚杆的锚固力，p
锚索
表示锚索的锚固力，单位为kn/根；n1表示顶板锚杆的根数，n2表示顶板锚索的根数，单位为根；η表示残余支护有效系数。4.如权利要求3所述的煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，其特征在于，在步骤s30根据所述总支护强度和原支护强度确定单位棚距下回采巷道超前支护所需强度中，单位棚距下回采巷道超前支护所需强度为p
超前
：p
超前
＝p
总-p
原
其中，超前支护所需强度p
超前
的单位为kn。5.如权利要求1-4任意一项所述的煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，其特征在于，在步骤s40根据计算得到的超前支护强度确定回采巷道超前支护初撑力中，超前支护强度确定回采巷道超前支护初撑力p
初
为：其中，超前支护初撑力p
初
的单位为kn；m表示单体液压支柱排数，单位为排；p
超前
表示单位棚距下回采巷道超前支护所需强度，单位为kn。6.如权利要求1所述的煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，其特征在于，所述步骤s50对回采巷道超前支护初撑力计算结果的合理性进行验算中，包括：s51获取单体液压支柱的柱径和额定工阻；
s52根据所述单体液压支柱的柱径和额定工阻对回采巷道超前支护初撑力p
初
计算结果的合理性进行验算：p
min
≤p
初
＜p
max
其中，p
min
表示不同柱径的单体液压支柱对应的最小初撑力，单位为kn，其中柱径为100mm的单体液压支柱满足p
min
＝90kn，柱径为80mm的单体液压支柱满足p
min
＝60kn；p
max
表示单体液压支柱的额定工阻，单位为kn。
技术总结
本发明提供了一种煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法，包括：S10确定单位棚距下回采巷道保持顶板稳定所需的总支护强度；S20确定单位棚距下回采巷道布置超前支护前的原支护强度；S30根据总支护强度和原支护强度确定单位棚距下回采巷道超前支护所需强度；S40根据计算得到的超前支护强度确定回采巷道超前支护初撑力；S50对回采巷道超前支护初撑力计算结果的合理性进行验算。其是一种符合现场实际、易操作且实用的超前支护参数计算方法，只需基于煤矿综放工作面实际的地质和生产技术参数，便可确定回采巷道超前支护初撑力的大小，为综放工作面矿压防治提供一定指导。为综放工作面矿压防治提供一定指导。为综放工作面矿压防治提供一定指导。
技术研发人员：王正义
受保护的技术使用者：常州工学院
技术研发日：2020.11.19
技术公布日：2021/2/23
声明：
“煤矿综放工作面回采巷道超前支护初撑力确定方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：常州工学院
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2025年03月25日 ~ 27日 
