一種三軟煤層仰、俯採工作面支架防插底方法與流程
2023-04-29 21:06:06
本發明涉及一種採煤工作面支架防插底方法，尤其是一種適用於確定「三軟」煤層仰、俯採工作面防插底的方法。
背景技術：
液壓支架是綜採工作面的主要支護設備，對於頂軟、煤軟、底軟的「三軟」煤層工作面液壓支架的插底問題，一直都是制約工作面生產效率主要因素。液壓支架底座插底主要是工作面底板的抗壓強度小於液壓支架底座對底板的平均比壓造成的，在工作面來壓期間，底板承受壓力達到最大，插底現象頻現，導致支架前移困難。
目前，解決支架插底問題主要依靠底板注漿加固技術來改變底板的粘聚力c，從而提高底板承載能力防止支架插底，但底板注漿加固技術對注漿工藝要求較高，而且經濟效益較差。因此，尋求一種便於實施、經濟效益好的方法，解決液壓支架底座插底導致支架前移困難的情況是急待解決的一大問題。
技術實現要素：
技術問題：本發明的目的是要克服現有技術中的不足之處，提供一種「三軟」煤層仰、俯採工作面支架插底方法，通過增加支架底座面積減小底板平均比壓以防止支架插底，優化增加支架底座長度，從而實現「三軟」煤層仰、俯採工作面安全高效生產。
技術方案：本發明的「三軟」煤層仰、俯採工作面支架防插底方法，包括如下步驟：
a、首先，採用方形淺基礎極限承載力的分析方法，假設底板自重為零，底板破壞時為不變形的剛塑性體，不計支架底座兩側與底板煤巖體的摩擦力以及支架底座兩側底板的抗剪強度的影響，根據粘聚力c、內摩擦角支架底座寬度a以及支架插底深度d計算得出底板極限壓力q'u；
b、假定底板無粘聚力，無超載，計算出無超載情況下底板極限壓力q″u，此外，在綜合底板實際情況下，即底板自重、粘聚力和超載均不為零時，計算得到底板極限壓力qu；
c、隨著工作面的推進，記錄工作面初次來壓及周期來壓期間支架最大工作阻力f，綜合支架自重g以及支架底座長度b，計算出支架底座對底板的平均比壓p；
d、令支架插底深度d＝0，比較p和qu大小；
若pqu，即支架底板的平均比壓大於底板極限承載壓力，判定支架會插底，此時，通過增加支架底座面積來減小底板平均比壓以防止支架插底；
e、防止支架插底的做法是：在不能改變支架底座寬度a的情況下，通過增加支架底座長度b來增加支架的底座面積，計算出防止支架插底所需支架底座長度b'，此長度即為防止支架插底的最小支架底座長度；
f、根據最小支架底座長度b'，得到支架所需增加長度b'-b，在支架底座的前部焊接支架底座所需增加長度b'-b的加長板，從而防止支架插底現象的發生。
2、根據權利要求1所述的一種「三軟」煤層仰、俯採工作面支架防插底方法，其特徵在於：所述計算出防止支架插底所需支架底座長度b'的公式如下：
式中：nq—與內摩擦角有關的承載力係數；
γ—煤巖體的重度；
sγ—hansen基礎形狀修正係數，取0.6；
ny—hansen承載力係數。
有益效果：由於採用了上述方案，本發明基於方形淺基礎極限承載力分析了底板極限承載壓力，考慮工作面來壓期間，底板承受最大載荷情況下支架工作阻力，通過增加支架底座面積減小底板平均比壓以防止支架插底。由於工作面支架底座寬度固定不可變，故而通過在支架底座前焊接加長板來增加支架底座長度，從而實現「三軟」煤層仰、俯採工作面安全高效生產，減少了「三軟」煤層仰俯採工作面支架插底現象，保證了工作面安全高效開採。
附圖說明
圖1為本發明的支架底座作用下底板滑動面剖面原理示意圖。
圖2為本發明的支架底座加長前後對比示意圖。
圖中：ⅰ-主動區，ⅱ-過渡區，ⅲ-朗肯被動區，f-支架最大工作阻力，g-支架自重。
具體實施方式
本發明的「三軟」煤層仰、俯採工作面支架防插底方法，具體步驟如下：
a、首先，採用方形淺基礎極限承載力的分析方法，假設底板自重為零，底板破壞時為不變形的剛塑性體，不計支架底座兩側與底板煤巖體的摩擦力以及支架底座兩側底板的抗剪強度的影響，根據粘聚力c、內摩擦角支架底座寬度a以及支架插底深度d計算得出底板極限壓力q'u；
b、假定底板無粘聚力，無超載，計算出無超載情況下底板極限壓力q″u，此外，在綜合底板實際情況下，即底板自重、粘聚力和超載均不為零時，計算得到底板極限壓力qu；
c、隨著工作面的推進，記錄工作面初次來壓及周期來壓期間支架最大工作阻力f，綜合支架自重g以及支架底座長度b，計算出支架底座對底板的平均比壓p；
d、令支架插底深度d＝0，比較平均比壓p和底板極限壓力qu的大小；
若pqu，即支架底板的平均比壓大於底板極限承載壓力，判定支架會插底，此時，通過增加支架底座面積來減小底板平均比壓以防止支架插底；
e、防止支架插底的做法是：在不能改變支架底座寬度a的情況下，通過增加支架底座長度b來增加支架的底座面積，即通過增加支架底座長度降低底板平均比壓以防止插底，計算出防止支架插底所需支架底座長度b'，此長度即為防止支架插底的最小支架底座長度；
所述計算出防止支架插底所需支架底座長度b'的公式如下：
式中：nq-與有關的承載力係數；
γ—煤巖體的重度；
sγ—hansen基礎形狀修正係數，取0.6；
ny—hansen承載力係數。
f、根據計算出的最小支架底座長度b'，得到支架所需增加長度b'-b，如圖2所示，在支架底座的前部焊接支架底座所需增加長度b'-b的加長板，通過增加支架底座長度，減少支架插底現象，或防止支架插底現象的發生，保證「三軟」煤層仰俯採工作面正常生產。
下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述：
如圖1所示，在工作面來壓期間支架最大工作阻力f及支架自重g的作用下，當底板發生整體剪切破壞時，其滑動面一直延伸到底板所在層位面，滑動面由直線、對數螺旋曲線和直線三部分組成，底板的產生的滑動區域分為主動區ⅰ、過渡區ⅱ和朗肯被動區ⅲ三個區，主動區ⅰ與水平夾角為朗肯被動區ⅲ與水平夾角為過渡區ⅱ中對數螺旋曲線與主動區ⅰ及朗肯被動區ⅲ直線相切；
a、首先，採用方形淺基礎極限承載力的分析方法，假設底板自重為零，底板破壞時為不變形的剛塑性體，不計支架底座兩側與底板煤巖體的摩擦力以及支架底座兩側底板的抗剪強度的影響，根據粘聚力c、內摩擦角支架底座寬度a、支架插底深度d以及附圖1中各滑動區域角度關係分別分析主動區ⅰ、過渡區ⅱ-及朗肯被動區ⅲ受力情況，得出底板極限壓力其中
b、假定底板無粘聚力，無超載，即粘聚力c＝0，支架插底深度d＝0，直接利用hansen的基礎形狀修正係數sγ＝0.6，得出無超載情況下底板極限壓力其中此外，綜合底板實際情況下，即底板自重、粘聚力和超載均不為零時，計算得到底板極限壓力qu，即
c、隨著工作面的推進，記錄工作面初次來壓及周期來壓期間支架最大工作阻力f，綜合支架自重g以及支架底座長度b，計算出支架底座對底板的平均比壓
d、令支架插底深度d＝0，比較p和qu大小；
若pqu，即支架底板的平均比壓大於底板極限承載壓力，判定支架會插底，此時，通過增加支架底座面積來減小底板平均比壓以防止支架插底；
e、防止支架插底的做法是：在不能改變支架底座寬度a的情況下，通過增加支架底座長度b來增加支架的底座面積，計算得出防止支架插底所需支架底座長度此長度即為防止支架插底的最小支架底座長度；
f、根據最小支架底座長度b'，得到支架所需增加長度b'-b，如附圖2中所示，在支架底座的前部焊接支架底座所需增加長度b'-b的加長板，從而防止支架插底現象的發生。
nq—表示與有關的承載力係數，通過附圖1中支架底座作用下底板滑動面剖面示意圖中角度關係推導而來。