一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法及裝置，屬于煤礦開采領(lǐng)域，用以解決現(xiàn)有煤礦大采高工作面支架額定工作阻力設(shè)計中存在算法簡單，誤差大，增加開采成本的問題。包括：將煤礦大采高工作面從上至下依次分為老頂關(guān)鍵層，等效直接頂層和采高層；在老頂關(guān)鍵層內(nèi)劃分第一關(guān)鍵塊和第二關(guān)鍵塊，確認第一關(guān)鍵塊和第二關(guān)鍵塊之間的接觸點以及接觸點高度，獲取第一關(guān)鍵塊的長度及水平方向的回轉(zhuǎn)角，第二關(guān)鍵塊的長度及垂直方向的巖層破斷角，以及第一關(guān)鍵塊和第二關(guān)鍵塊的端角摩擦系數(shù)；將等效直接頂層厚度分為等效直接頂層“短懸臂梁”厚度和易垮落等效直接頂層厚度；根據(jù)支架額定承受載荷公式確定支架額定承受載荷。
【專利說明】
-種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦開采設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體的設(shè)及一種煤礦大采高工作面支架額 定承受載荷確定方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國厚煤層儲量及產(chǎn)量占全國煤炭儲量及產(chǎn)量的40%~46%，其中淺埋厚煤層儲 量豐富。大采高層綜采具有生產(chǎn)能力大、回采工效和采出率高、噸煤成本低等突出優(yōu)點，是 厚煤層安全高效開采的主要方法。實踐表明，淺埋厚煤層大采高層工作面具有頂板來壓迅 猛的特殊性，若支架選型偏小則會造成工作面壓跨事故，形成人員傷亡。因而，淺埋煤層大 采高層液壓支架選型越來越大，開采成本成倍提高。根據(jù)4~7m大采高層工作面實踐，采高 層4m時工作面支架選型為5800kN/架;采高層5m時為SOOOkN/架;采高層6m達到1000 OkN/架； 采高層 7m 為 12000-16000kN/架。
[0003] 大采高層綜采設(shè)備中液壓支架所占成本比重最大，液壓支架的額定工作阻力決定 支架的選型，直接影響安全經(jīng)濟開采，具有重要意義。從理論上，國內(nèi)對淺埋煤層大采高層 工作面頂板結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性的研究較少，對工作面頂板結(jié)構(gòu)的認識及支架工作阻力的確定 方法也不統(tǒng)一。大采高層工作面頂板結(jié)構(gòu)的特殊性決定了其支護阻力的確定方法將異于普 通采高層，因此不能沿用W前的結(jié)論，必須針對大采高層工作面的實際情況提出相應(yīng)的頂 板結(jié)構(gòu)理論并給出合理的支護阻力確定方法。從技術(shù)上，國內(nèi)對支架額定工作阻力的確定 一般采用估算法或工程類比法。運兩種方法雖然簡單易操作，但誤差較大，為了生產(chǎn)安全一 般選擇的支架額定工作阻力比實際需要的大很多，運就造成了 "浪費"，增加了開采成本，對 于目前的煤炭形勢不可取。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)在技術(shù)中針對大采高層工作面支架額定工作阻力的設(shè)計方法，存在 算法簡單，誤差大，導(dǎo)致增加開采成本的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實施例提供一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法及裝置，用 W解決現(xiàn)有技術(shù)中針對大采高層工作面支架額定工作阻力的設(shè)計方法，存在算法簡單，誤 差大，導(dǎo)致增加開采成本的問題。
[0006] 本發(fā)明實施例提供一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法，包括：
[0007] 根據(jù)大采高層工作面的支架與頂板相互作用的剖面，將所述大采高層工作面從上 至下依次分為老頂關(guān)鍵層，等效直接頂層和采高層，并確認所述老頂關(guān)鍵層厚度，所述等效 直接頂層厚度和所述采高層厚度；
[000引根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，在所述老頂關(guān)鍵層內(nèi)劃分第一關(guān)鍵塊和第二關(guān)鍵 塊，依次確認所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊之間的接觸點W及接觸點高度，獲取所述 第一關(guān)鍵塊的長度，所述第一關(guān)鍵塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，所述第二關(guān)鍵塊的長度，所述第 二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，W及所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊的端角摩擦系 數(shù)；
[0009] 根據(jù)所述等效直接頂層厚度，將所述等效直接頂層厚度從上至下分為等效直接頂 層"短懸臂梁"厚度和易跨落等效直接頂層厚度；
[0010] 根據(jù)公式（1)確定所述老頂關(guān)鍵層中的第一關(guān)鍵塊或第二關(guān)鍵塊對所述等效直接 頂層的作用力，根據(jù)公式（2)確定所述等效直接頂層形成的"短懸臂梁"的自重，根據(jù)公式 (3)確定所述易跨落等效直接頂層自重，根據(jù)公式(4)確定支架額定承受載荷；
[0011] 且由./A井M Un下航志.
[0012]
[0013] 公式(2)如下所示：[0014] R2>B化2 丫[0015] 公古r])加下祈志.
[0016]
[0017]
[001 引
[0019] 在公式（1)，公式(2)，公式(3)和公式(4)中，Ri為所述第一關(guān)鍵塊對等效直接頂層 的作用力，R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自重，R3為易跨落等效直接頂層自重，Pm為 支架承受的載荷，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，Ehi為等效直接頂層厚度，h2為等效直接頂層"短懸 臂梁"厚度，h3為易跨落等效直接頂層厚度，hz為載荷層厚度，m為采高層厚度，0為第一關(guān)鍵 塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，B為支架寬度，0為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，a為接觸 面高度，L為第二關(guān)鍵塊長度，丫為基巖平均容重，肪(《1)為載荷傳遞系數(shù)；丫 Z為載荷層平 均容重，tan 口為關(guān)鍵塊端角摩擦系數(shù)，1為等效直接頂層"短懸臂梁"長度，Ik為支架控頂距， a為易跨落等效直接頂層破斷角，0 = 0。優(yōu)選地，根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，確定第二關(guān)鍵 塊完全落在跨落桿石，根據(jù)所述第二關(guān)鍵塊和所述第一關(guān)鍵塊之間的接觸點，通過公式 (5 )，確定所述第二關(guān)鍵塊的下沉量：
[0020] W=Hi-(Kp-I)Ehi
[0021] 其中，Kp為巖石碎脹系數(shù)，Ehi為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度，W為所述第二 關(guān)鍵塊的下沉量；
[0022] 通過公式(6)，確定所述第一關(guān)鍵塊的水平擠壓力：
[0023]
[0024] 其中，T為水平擠壓力，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，e為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破 斷角，a為接觸面高度，W為所述第二關(guān)鍵塊的下沉量，L為第二關(guān)鍵塊長度；
[00巧]Pi通過公式(7)確定：
[0026] Pi = Rg+I?z = MuLy+KgMizLYz
[0027] 其中，Rg為第一關(guān)鍵塊重量，化為載荷層傳遞的重量。
[0028] 優(yōu)選地，所述采高層和所述等效直接頂層之間具有如下關(guān)系：
[0029] Ehi = 5.4m+4.5
[0030] 其中，Ehi為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度。
[0031] 優(yōu)選地，當考慮支護效率時，所述支架額定承受載荷通過下列公式確定：
[0032]
[0033] 其中，y為支架的支護效率。
[0034] 本發(fā)明實施例還提供一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定裝置，包括：
[0035] 厚度確定單元，用于根據(jù)大采高層工作面的支架與頂板相互作用剖面，將所述大 采高層工作面從上至下依次分為老頂關(guān)鍵層，等效直接頂層和采高層，并確認所述老頂關(guān) 鍵層厚度，所述等效直接頂層厚度和所述采高層厚度；
[0036] 參數(shù)確定單元，用于根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，在所述老頂關(guān)鍵層內(nèi)劃分第一 關(guān)鍵塊和第二關(guān)鍵塊，依次確認所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊之間的接觸點W及接觸 點高度，獲取所述第一關(guān)鍵塊的長度，所述第一關(guān)鍵塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，所述第二關(guān)鍵 塊的長度，所述第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，W及所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān) 鍵塊的端角摩擦系數(shù)；
[0037] 劃分單元，用于根據(jù)所述等效直接頂層厚度，將所述等效直接頂層厚度從上至下 分為等效直接頂層"短懸臂梁"厚度和易跨落等效直接頂層厚度；
[0038] 確定單元，用于根據(jù)公式（1)確定所述老頂關(guān)鍵層中的第一關(guān)鍵塊或者第二關(guān)鍵 塊對所述等效直接頂層的作用力，根據(jù)公式(2)確定所述等效直接頂層形成的"短懸臂梁" 的自重，根據(jù)公式(3)確定所述易跨落等效直接頂層自重，根據(jù)公式(4)確定支架額定承受 載荷；
[00391 且由./A井n')々n下斷呆.
[004(
[0041 ] 公式(2)如下所示：
[0042] R2>B化2 丫
[0043] 公式(3)如下所示：
[0044]
[0045]
[0046]
[0047] 在公式（I)，公式(2)，公式(3)和公式(4)中，Ri為所述第一關(guān)鍵塊對等效直接頂層 的作用力，R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自重，R3為易跨落等效直接頂層自重，Pm為 支架承受的載荷，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，Ehi為等效直接頂層厚度，h2為等效直接頂層"短懸 臂梁"厚度，h3為易跨落等效直接頂層厚度，hz為載荷層厚度，m為采高層厚度，0為第一關(guān)鍵 塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，B為支架寬度，0為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，a為接觸 面高度，L為第二關(guān)鍵塊長度，丫為基巖平均容重，肪(《1)為載荷傳遞系數(shù)；丫 Z為載荷層平 均容重，tan 口為關(guān)鍵塊端角摩擦系數(shù)，1為等效直接頂層"短懸臂梁"長度，Ik為支架控頂距， a為易跨落等效直接頂層破斷角，0 = 0。優(yōu)選地，所述確定單元還用于：
[0048] 根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，確定第二關(guān)鍵塊完全落在跨落桿石，根據(jù)所述第二 關(guān)鍵塊和所述第一關(guān)鍵塊之間的接觸點，通過公式(5)，確定所述第二關(guān)鍵塊的下沉量：
[0049] W=Hi-(Kp-I)Ehi
[0050] 其中，Kp為巖石碎脹系數(shù)，Ehi為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度，W為所述第二 關(guān)鍵塊的下沉量；
[0051] 通過公式(6)，確定所述第一關(guān)鍵塊的水平擠壓力：
[0化2]
[0053]其中，T為水平擠壓力，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，0為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破 斷角，a為接觸面高度，W為所述第二關(guān)鍵塊的下沉量，L為第二關(guān)鍵塊長度，；
[0化4] Pi通過公式(7)確定：
[00巧]Pi = Rg+化=化止丫 +Kg化zL 丫 Z
[0056] 其中，Rg為第一關(guān)鍵塊重量，Rz為載荷層傳遞的重量。
[0057] 優(yōu)選地，所述采高層和所述等效直接頂層之間具有如下關(guān)系：
[0化引 Ehi = 5.4m+4.5
[0059] 其中，Ehi為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度。
[0060] 優(yōu)選地，所述確定單元還用于：
[0061] 當考慮支護效率時，所述支架額定承受載荷通過下列公式確定：
[0062]
[0063]其中，y為支架的支護效率。
[0064] 本發(fā)明實施例中，提供一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法及裝 置，包括:根據(jù)大采高層工作面的支架與頂板相互作用剖面，將所述大采高層工作面從上至 下依次分為老頂關(guān)鍵層，等效直接頂層和采高層，并確認所述老頂關(guān)鍵層厚度，所述等效直 接頂層厚度和所述采高層厚度；根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，在所述老頂關(guān)鍵層內(nèi)劃分 第一關(guān)鍵塊和第二關(guān)鍵塊，依次確認所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊之間的接觸點W 及接觸點厚度，獲取所述第一關(guān)鍵塊的長度，所述第一關(guān)鍵塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，所述第 二關(guān)鍵塊的長度，所述第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，W及所述第一關(guān)鍵塊和所述 第二關(guān)鍵塊的端角摩擦系數(shù);根據(jù)所述等效直接頂層厚度，將所述等效直接頂層厚度從上 至下分為等效直接頂層"短懸臂梁"厚度和易跨落等效直接頂層厚度；根據(jù)公式
,確定所述老頂關(guān)鍵層中的第
一關(guān)鍵塊或者第二關(guān)鍵塊對所述等效直接頂層的= ^ 化2 丫，確定所述等 效直接頂層形成的"短懸臂梁"的自重，根據(jù)公3 ，確定所述易跨落等 效直接頂層自重，根據(jù)公式
確定支架額定承受載荷；其中，上述公式中，Ri為所述第一關(guān)鍵塊對等效直接頂層的作用 力，R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自重，1?3為易跨落等效直接頂層自重，Pm為支架承 受的載荷，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，Ehi為等效直接頂層厚度，h2為等效直接頂層"短懸臂梁" 厚度，h3為易跨落等效直接頂層厚度，hz為載荷層厚度，m為采高層厚度，0為第一關(guān)鍵塊在水 平方向的回轉(zhuǎn)角，B為支架寬度，0為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，a為接觸面高度， L為第二關(guān)鍵塊長度，丫為基巖平均容重，Kg(《1)為載荷傳遞系數(shù)；丫 Z為載荷層平均容重， 心1口為關(guān)鍵塊端角摩擦系數(shù)，1為等效直接頂層"短懸臂梁"長度，Ik為支架控頂距，a為易跨 落等效直接頂層破斷角，0 = 0。上述實施例中，根據(jù)大采高層工作面的特點，將大采高工作 面從上至下依次區(qū)分為=層，并針對各個層的結(jié)構(gòu)，提出了符合實踐的"短懸臂梁-高位斜 臺階巖梁"頂板結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合頂板結(jié)構(gòu)模型，確定了大采高工作面支架額定承受載荷，上 述方法，為大采高工作面的安全、經(jīng)濟、高效開采提供理論指導(dǎo)，解決現(xiàn)有技術(shù)中針對大采 高層工作面支架額定工作阻力的設(shè)計方法，存在算法簡單，誤差大，導(dǎo)致增加開采成本的問 題。
【附圖說明】
[0065] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據(jù)運些附圖獲得其他的附圖。
[0066] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法流 程示意圖；
[0067] 圖2為本發(fā)明實施例提供的等效直接頂層厚度與采高層厚度的關(guān)系示意圖；
[0068] 圖3為本發(fā)明實施例提供的大采高工作面頂板整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0069] 圖4為本發(fā)明實施例提供的"短懸臂梁-高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)示意圖；
[0070] 圖5為本發(fā)明實施例提供的"高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊受力示意圖；
[0071] 圖6為本發(fā)明實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定裝置結(jié) 構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0072] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒?發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實 施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0073] 圖1示例性的示出了本發(fā)明實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載 荷確定方法流程示意圖，該方法至少可W應(yīng)用煤礦開采中。
[0074] 如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定 方法包括W下步驟：
[0075] 步驟101，根據(jù)大采高層工作面的支架與頂板相互作用剖面，將所述大采高層工作 面從上至下依次分為老頂關(guān)鍵層，等效直接頂層和采高層，并確認所述老頂關(guān)鍵層厚度，所 述等效直接頂層厚度和所述采高層厚度；
[0076] 步驟102,根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，在所述老頂關(guān)鍵層內(nèi)劃分第一關(guān)鍵塊和第 二關(guān)鍵塊，依次確認所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊之間的接觸點W及接觸點厚度，獲 取所述第一關(guān)鍵塊的長度，所述第一關(guān)鍵塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，所述第二關(guān)鍵塊的長度， 所述第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，W及所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊的端角 摩擦系數(shù)；
[0077] 步驟103,根據(jù)所述等效直接頂層厚度，將所述等效直接頂層厚度從上至下分為等 效直接頂層"短懸臂梁"厚度和易跨落等效直接頂層厚度；
[0078] 步驟104,根據(jù)公式（1)確定所述老頂關(guān)鍵層中的第一關(guān)鍵塊或者第二關(guān)鍵塊對所 述等效直接頂層的作用力，根據(jù)公式(2)確定所述等效直接頂層形成的"短懸臂梁"的自重， 根據(jù)公式(3)確定所述易跨落等效直接頂層自重，根據(jù)公式(4)確定支架額定承受載荷；
[0079] 其中，公式(1)如下所示：
[0080]
[0081 ] 公式(2)如下所示：
[0082] R2>B化2 丫
[0083] 公式(3)如下所示：
[0084]
[00化]公式(4)如下所示：
[0086]
[0087] 在公式（1)，公式(2)，公式(3)和公式(4)中，Ri為所述第一關(guān)鍵塊對等效直接頂層 的作用力，R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自重，R3為易跨落等效直接頂層自重，Pm為 支架承受的載荷，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，Ehi為等效直接頂層厚度，h2為等效直接頂層"短懸 臂梁"厚度，h3為易跨落等效直接頂層厚度，hz為載荷層厚度，m為采高層厚度，0為第一關(guān)鍵 塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，B為支架寬度，0為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，a為接觸 面高度，L為第二關(guān)鍵塊長度，丫為基巖平均容重，肪(《1)為載荷傳遞系數(shù)；丫 Z為載荷層平 均容重，tan 口.為關(guān)鍵塊端角摩擦系數(shù)，1為等效直接頂層"短懸臂梁"長度，Ik為支架控頂距， a為易跨落等效直接頂層破斷角，0 = 0。需要說明的是，在介紹本發(fā)明實施例提供的一種煤 礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法之前，需要先介紹為淺埋大采高層工作面支架 特點。
[0088] 大采高層工作面隨著采高層的加大支架載荷大幅增加，支架額定工作阻力的設(shè)計 顯得尤為重要?，F(xiàn)有技術(shù)中，由于沒有認識到大采高層覆巖結(jié)構(gòu)的變化對支架載荷的影響， 沿用普通采高層支架額定工作阻力的確定方法，或是采用估算法、工程類比法等，誤差都比 較大。
[0089] 為了實現(xiàn)煤炭的安全經(jīng)濟高效開采，本發(fā)明實施例中，W大采高層工作面礦壓實 測數(shù)據(jù)、煤層鉆孔綜合柱狀圖等為資料，通過相似模擬、數(shù)值計算對工作面頂板結(jié)構(gòu)進行深 入分析研究。提出一種科學(xué)合理的支架工作阻力確定方法，為大采高層工作面支架額定工 作阻力設(shè)計提供理論依據(jù)。
[0090] 本發(fā)明實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法，主要包 括下列實施方法：
[0091] 1.大采高層工作面等效直接頂層厚度的確定：
[0092] 不同的直接頂跨落后對采空區(qū)的充填程度不同，形成不同的頂板結(jié)構(gòu)，支架載荷 的確定應(yīng)根據(jù)具體頂板結(jié)構(gòu)進行。
[0093] 現(xiàn)場觀測、相似模擬及理論分析均表明，在普通采高工作面頂板中能形成較接結(jié) 構(gòu)的巖層，在大采高情況下由于充填不充分，較接結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)角過大，難W形成較接而跨落。 因此，原屬老頂關(guān)鍵層的下位巖層跨落而轉(zhuǎn)化為直接頂充填作用，使直接頂"變厚"。在本發(fā) 明實施例中，將煤層至老頂關(guān)鍵層較接結(jié)構(gòu)之間起直接頂作用的全部跨落巖層稱為等效直 接頂層。
[0094] 等效直接頂層對采空區(qū)的充填程度決定著工作面頂板結(jié)構(gòu)的形態(tài)、穩(wěn)定性及工作 面來壓的大小，是支架載荷確定的基礎(chǔ)。
[0095] 圖2為本發(fā)明實施例提供的等效直接頂層厚度與采高層后的關(guān)系示意圖，圖2中所 示的關(guān)系圖，是通過大量的工程實踐數(shù)據(jù)，其中，圖2所提供的關(guān)系如公式(8)所示：
[0096] Ehi = S.4m+4.5 (8)
[0097] 在公式(8)中，Ehi為等效直接頂層厚度，單位為m;m為采高層厚度，單位為m。
[0098] 2.大采高層工作面覆巖"短懸臂梁-高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)模型：
[0099] 圖3為本發(fā)明實施例提供的大采高工作面頂板整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，大采 高層工作面隨著采高層的加大，頂板冒落范圍增大，較厚的等效直接頂層難W隨支架前移 及時跨落，常出現(xiàn)懸頂，表現(xiàn)為"短懸臂梁"結(jié)構(gòu)。由于采高層加大后等效直接頂層厚度變 大，老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)層位上移，且?guī)r層破斷具有一定的破斷角，呈現(xiàn)臺階狀下沉，形成"高 位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述分析，綜合工作面"直接頂-老頂關(guān)鍵層"結(jié)構(gòu)形態(tài)，提出大采 高層工作面覆巖"短懸臂梁-高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)模型。
[0100] 圖4為本發(fā)明實施例提供的"短懸臂梁-高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示， 在"短懸臂梁-高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)模型中，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，單位為m; Ehi為等效直 接頂層厚度，單位為m; h2為直接頂"短懸臂梁"厚度，單位為m; h3為易跨落等效直接頂層厚 度，單位為m; m為采高層厚度，單位為m; M、N為老頂關(guān)鍵層"高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊;Ri 為M巖塊對等效直接頂層的作用力，單位為kN/架;R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自 重，單位為kN/架;R3為易跨落等效直接頂層自重，單位為kN/架;Pm為支架承受的載荷，單位 為kN/架;A、C、B為關(guān)鍵塊較接點；d為M、N巖塊臺階高度，單位為m; W為N巖塊回轉(zhuǎn)下沉量，單 位為m; 0為M巖塊的回轉(zhuǎn)角，單位為度。
[0101] 3.支架載荷的確定
[0102] (1)老頂關(guān)鍵層中的關(guān)鍵塊對所述等效直接頂層的作用力
[0103] 圖5為本發(fā)明實施例提供的"高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)第一關(guān)鍵塊或者第二關(guān)鍵塊受 力分析示意圖。如圖5所示，"高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)中N關(guān)鍵塊完全落在跨落桿石上，M關(guān)鍵 塊回轉(zhuǎn)受到N關(guān)鍵塊在C點的支撐。此時，N關(guān)鍵炔基本處于壓實狀態(tài)，可取Rn>P2，Qb^O，則N 關(guān)鍵塊的下沉量可W由下列公式(5)確定：
[0104] W=Hi-(Kp-I)Ehi 巧）
[0105] 公式(5)中，Kp為巖石碎脹系數(shù)。
[0106] 進一步地，如圖5所示，對M關(guān)鍵塊取E Mc = 0，則對整個系統(tǒng)取E Fy=0，即可W通過 下列分古W)疏吿笛M羊鋪比的水平掠店巾；
[0107：
(6)
[010 引 Qa^Pi (9)
[0109] 公式(6)和公式(9)中，Pi由老頂關(guān)鍵層重量Rg和載荷層傳遞的重量Rz組成，P巧W 通過下列公式(7)確定：
[0110] Pi = Rg+Rz = Bh 止丫+^BhzlYz (7)
[0111] 在公式(7)中，B為支架寬度，單位為m;e為巖層破斷角，單位為度;a為接觸面高度， 單位為m;L為關(guān)鍵塊長度，單位為m; 丫為基巖平均容重，kN/m3;KG(《l)為載荷傳遞系數(shù);hz 為載荷層厚度，單位為m; 丫 Z為載荷層平均容重，單位為kN/m3。
[0112] 在實際應(yīng)用中，為了防止"高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)滑落失穩(wěn)，則必須符合下列公式 (10)所示的滑落失穩(wěn)條件：
[0113]
(10)
[0114] 公式(10)中，T為水平擠壓力，單位為kN;tan^p為關(guān)鍵塊端角摩擦系數(shù);R功維持關(guān) 鍵塊M穩(wěn)定所需的支撐力，單位為kN/架;Qa為A接觸較上的剪力，單位為kN/架。
[0115] 由公式(6)~公式（10)可W確定，"高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)向下傳遞的載荷可W用 下列公式(1)表示：
[0116]
(1)
[0117] (2)等效直接頂層形成的"短懸臂梁"的自重
[0118] 根據(jù)圖4提供的"短懸臂梁-高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu)示意圖，等效直接頂層不能形成 較接結(jié)構(gòu)，其重量全部由支架承擔，則可W根據(jù)下列公式(2)，確定等效直接頂層形成的"短 懸臂梁"的自重：
[0119] R2>B化2 丫 (2)
[0120] 進一步地，根據(jù)下列公式(3)，確定易跨落等效直接頂層自重：
[0121]
(3)
[0122] 公式(2)和公式(3)中，1為"短懸臂梁"長度，單位為m;lk為支架控頂距，單位為m;a 為下層等效直接頂層破斷角，單位為度。
[0123] 進一步地，根據(jù)公式(4)，可W確定支架額定承受載荷：
(4)
[0124]
[0125] 上述公式（1)，公式(2)，公式(3)和公式(4)中，扣為所述第一關(guān)鍵塊對等效直接頂 層的作用力，R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自重，1?3為易跨落等效直接頂層自重，Pm 為支架承受的載荷，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，Ehi為等效直接頂層厚度，h2為等效直接頂層"短 懸臂梁"厚度，h3為易跨落等效直接頂層厚度，hz為載荷層厚度，m為采高層厚度，0為第一關(guān) 鍵塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，B為支架寬度，0為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，a為接 觸面高度，L為第二關(guān)鍵塊長度，丫為基巖平均容重，肪(《1)為載荷傳遞系數(shù)；丫 Z為載荷層 平均容重，tan 口為關(guān)鍵塊端角摩擦系數(shù)，1為等效直接頂層"短懸臂梁"跨度，Ik為支架控頂 距，a為易跨落等效直接頂層破斷角，e很小，可取0=0。
[0126] 需要說明的是，上述確定支架額定承受載荷之前，還包括：
[0127] 根據(jù)公式(11)確定理論支架額定承受載荷：
[01 2 引 Pm =化+R2+R3 (11)
[0129]公式（11)中，Pm為支架載荷，單位為kN/架;Ri為老頂關(guān)鍵層"高位斜臺階巖梁"結(jié)構(gòu) 傳遞的載荷，單位為kN/架;R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自重，單位為kN/架;R3為易 跨落等效直接頂層自重，單位kN/架。
[0130] 進一步地，將公式(1)，公式(2)和公式(3)代入公式(11)，可W得到下列公式(12):
[0131]
[0132] 在實際應(yīng)用中，可W將公式（12)的巖石碎脹系數(shù)取Kp = I.3;0很小，可取0 = 0; tan 口取0.5;進一步地，由于較接點處的擠壓面厚度較小，可取0.5a = 0。則公式（12)可W簡 化為公式(4)。
[0133] 在實際應(yīng)用中，若考慮支護效率，則工作面支架的工作阻力還可W用下列公式 (13)表不：
[0134]
(13)
[0135] 公式（13)中，y為支架的支護效率，可取0.9。
[0136] 綜上所述，本發(fā)明實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方 法，根據(jù)大采高層工作面的特點，將大采高工作面從上至下依次區(qū)分為=層，并針對各個層 的結(jié)構(gòu)，提出了符合實踐的"短懸臂梁-高位斜臺階巖梁"頂板結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合頂板結(jié)構(gòu)模 型，確定了大采高工作面支架額定承受載荷，上述方法，為大采高工作面的安全、經(jīng)濟、高效 開采提供理論指導(dǎo)，解決現(xiàn)有技術(shù)中針對大采高層工作面支架額定工作阻力的設(shè)計方法， 存在算法簡單，誤差大，導(dǎo)致增加開采成本的問題。
[0137] 為了能夠清楚說明本發(fā)明實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載 荷確定方法，下面W下列W補連塔煤礦32206工作面為例，介紹本發(fā)明實施例提供的一種煤 礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法。
[0138] W補連塔煤礦32206工作面為例，驗證本發(fā)明實施例提供的支架額定承受載荷確 定方法的可行性。
[0139] 該工作面老頂關(guān)鍵層厚度hi = 14.5m，基巖平均容重丫 = 25kN/m3，載荷層平均容重 丫 z = 25kN/m3，工作面平均周期來壓步距即關(guān)鍵塊長度L= 15.2m，載荷層厚度hz= 10.2m，等 效直接頂層厚度Ehi = 14.3m，等效直接頂層形成的"短懸臂梁"長度1=6.7m，h2= 12m，h3 = 2.3m，采高層厚度m = 5.5m，支架寬度B = 1.75m，支架控頂距l(xiāng)k = 4.6m，巖層破斷角(6 = 65°， 下層等效直接頂層破斷角〇 = 60°，根據(jù)現(xiàn)場實際情況取Kg=O.45。
[0140] 將W上參數(shù)代入公式(4)和公式(13)進行計算，可得工作面支架工作阻力：
[0141] P効5= 1098 化 N/架
[0142] 實際工作面選用支架的額定工作阻力為IlOOOkN,工作面生產(chǎn)安全、經(jīng)濟，說明此 方法可W用來確定支架的額定工作阻力，為支架的選型設(shè)計提供指導(dǎo)。
[0143] 基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實施例提供了一種煤礦大采高工作面支架額定承受載 荷確定裝置，由于該裝置解決技術(shù)問題的原理與一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷 確定方法相似，因此該裝置的實施可W參見方法的實施，重復(fù)之處不再寶述。
[0144] 如圖6所示，為本發(fā)明實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確 定裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括厚度確定單元601，參數(shù)確定單元602,劃分單元603和確定 單元604。
[0145] 厚度確定單元601，用于根據(jù)大采高層工作面的支架與頂板相互作用的剖面，將所 述大采高層工作面從上至下依次分為老頂關(guān)鍵層，等效直接頂層和采高層，并確認所述老 頂關(guān)鍵層厚度，所述等效直接頂層厚度和所述采高層厚度；
[0146] 參數(shù)確定單元602,用于根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，在所述老頂關(guān)鍵層內(nèi)劃分第 一關(guān)鍵塊和第二關(guān)鍵塊，依次確認所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊之間的接觸點W及接 觸點厚度，獲取所述第一關(guān)鍵塊的長度，所述第一關(guān)鍵塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，所述第二關(guān) 鍵塊的長度，所述第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，W及所述第一關(guān)鍵塊和所述第二 關(guān)鍵塊的端角摩擦系數(shù)；
[0147] 劃分單元603,用于根據(jù)所述等效直接頂層厚度，將所述等效直接頂層厚度從上至 下分為等效直接頂層"短懸臂梁"厚度和易跨落等效直接頂層厚度；
[0148] 確定單元604,用于根據(jù)公式（1)確定所述老頂關(guān)鍵層中的第一關(guān)鍵塊或者第二關(guān) 鍵塊對所述等效直接頂層的作用力，根據(jù)公式（2)確定所述等效直接頂層形成的"短懸臂 梁"的自重，根據(jù)公式(3)確定所述易跨落等效直接頂層自重，根據(jù)公式(4)確定支架額定承 受載荷；
[0149] 其中，公式(1)如下所示：
[015(
[015.
[015；
[015；
[015'
[015!
[015<
[0157] 在公式（1)，公式(2)，公式(3)和公式(4)中，Ri為所述第一關(guān)鍵塊對等效直接頂層 的作用力，R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自重，R3為易跨落等效直接頂層自重，Pm為 支架承受的載荷，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，Ehi為等效直接頂層厚度，h2為等效直接頂層"短懸 臂梁"厚度，h3為易跨落等效直接頂層厚度，hz為載荷層厚度，m為采高層厚度，0為第一關(guān)鍵 塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，B為支架寬度，0為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，a為接觸 面高度，L為第二關(guān)鍵塊長度，丫為基巖平均容重，肪(《1)為載荷傳遞系數(shù)；丫 Z為載荷層平 均容重，tan 口為關(guān)鍵塊端角摩擦系數(shù)，1為等效直接頂層"短懸臂梁"跨度，Ik為支架控頂 距，a為易跨落等效直接頂層破斷角，9 = 0。
[0158] 優(yōu)選地，所述確定單元604還用于：
[0159] 根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，確定第二關(guān)鍵塊完全落在跨落桿石上，根據(jù)所述第 二關(guān)鍵塊和所述第一關(guān)鍵塊之間的接觸點，通過公式(5)，確定所述第二關(guān)鍵塊的下沉量：
[0160] W=IH-(Kp-I) Ehi
[0161] 其中，Kp為巖石碎脹系數(shù)，Ehi為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度，W為所述第二 關(guān)鍵塊的下沉量；
[0162] 通過公式(6)，確定所述第一關(guān)鍵塊的水平擠壓力：
[0163]
[0164] 其中，T為水平擠壓力，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，0為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破 斷角，a為接觸面高度，W為所述第二關(guān)鍵塊的下沉量，L為第二關(guān)鍵塊長度，；
[01化]Pi通過公式(7)確定：
[0166] Pi = Rg+I?z = MuLy+KgMizLYz
[0167] 其中，Rg為第一關(guān)鍵塊重量，Rz為載荷層傳遞的重量。
[0168] 優(yōu)選地，所述采高層和所述等效直接頂層之間具有如下關(guān)系：
[0169] Ehi = S.4m+4.5
[0170] 其中，Ehi為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度。
[0171 ] 優(yōu)選地，所述確定單元還用于：
[0172] 巧考庶卞護效率時，所述支架額定承受載荷通過下列公式確定：
[0173]
[0174] 具甲，y刃叉架的支護效率。
[0175] 應(yīng)當理解，W上一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定裝置包括的單元僅 為根據(jù)該設(shè)備裝置實現(xiàn)的功能進行的邏輯劃分，實際應(yīng)用中，可W進行上述單元的疊加或 拆分。并且該實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定裝置所實現(xiàn)的功 能與上述實施例提供的一種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定方法一一對應(yīng)，對于 該裝置所實現(xiàn)的更為詳細的處理流程，在上述方法實施例一中已做詳細描述，此處不再詳 細描述。
[0176] 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序 產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實 施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機 可用存儲介質(zhì)（包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等）上實施的計算機程序產(chǎn) 品的形式。
[0177] 本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設(shè)備（系統(tǒng)）、和計算機程序產(chǎn)品的流程 圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流 程和/或方框、W及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻\些計算機程序 指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器W產(chǎn) 生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實 現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0178] 運些計算機程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備W特 定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指 令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或 多個方框中指定的功能。
[0179] 運些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計 算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟W產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或 其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一 個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0180] 盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對運些實施例作出另外的變更和修改。所W，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實施例W及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0181] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。運樣，倘若本發(fā)明的運些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含運些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種確定煤礦大采高工作面支架額定承受載荷的方法，其特征在于，包括： 根據(jù)大采高層工作面的支架與頂板相互作用剖面，將所述大采高層工作面從上至下依 次分為老頂關(guān)鍵層，等效直接頂層和采高層，并確認所述老頂關(guān)鍵層厚度，所述等效直接頂 層厚度和所述采高層厚度； 根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，在所述老頂關(guān)鍵層內(nèi)劃分第一關(guān)鍵塊和第二關(guān)鍵塊，依 次確認所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊之間的接觸點以及接觸點高度，獲取所述第一關(guān) 鍵塊的長度，所述第一關(guān)鍵塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，所述第二關(guān)鍵塊的長度，所述第二關(guān)鍵 塊在垂直方向的巖層破斷角，以及所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊的端角摩擦系數(shù)； 根據(jù)所述等效直接頂層厚度，將所述等效直接頂層厚度從上至下分為等效直接頂層 "短懸臂梁"厚度和易垮落等效直接頂層厚度； 根據(jù)公式（1)確定所述老頂關(guān)鍵層中的第一關(guān)鍵塊或第二關(guān)鍵塊對所述等效直接頂層 的作用力，根據(jù)公式(2)確定所述等效直接頂層形成的"短懸臂梁"的自重，根據(jù)公式(3)確 定所述易垮落等效直接頂層自重，根據(jù)公式(4)確定支架額定承受載荷； 其中，公式(1)如下所示：公式(2)如下所示： R2^Blh2 γ 公式(3)如下所示：公式(4)如下所示：在公式（1)，公式(2)，公式(3)和公式(4)中，心為所述第一關(guān)鍵塊對等效直接頂層的作 用力，R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自重，R3為易垮落等效直接頂層自重，Pm為支架 承受的載荷，In為老頂關(guān)鍵層厚度，Σ?η為等效直接頂層厚度，h 2為等效直接頂層"短懸臂 梁"厚度，h3為易垮落等效直接頂層厚度，hz為載荷層厚度，m為采高層厚度，Θ為第一關(guān)鍵塊 在水平方向的回轉(zhuǎn)角，B為支架寬度，β為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，a為接觸面 高度，L為第二關(guān)鍵塊長度，γ為基巖平均容重，K G為載荷傳遞系數(shù)；γζ為載荷層平均容重， tan供為關(guān)鍵塊端角摩擦系數(shù)，1為等效直接頂層"短懸臂梁"長度，^為支架控頂距，α為易垮 落等效直接頂層破斷角，θ = 0。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，確定所述第二 關(guān)鍵塊完全落在垮落矸石上，根據(jù)所述第二關(guān)鍵塊和所述第一關(guān)鍵塊之間的接觸點，通過 公式(5)，確定所述第二關(guān)鍵塊的下沉量： ff=m-(KP-l) Ehi 其中，KP為巖石碎脹系數(shù)，Σ?η為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度，W為所述第二關(guān)鍵 塊的下沉量； 通過公式(6)，確定所述第一關(guān)鍵塊的水平擠壓力：其中，T為水平擠壓力，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，β為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角， a為接觸面高度，W為所述第二關(guān)鍵塊的下沉量，L為第二關(guān)鍵塊長度； Pi通過公式(7)確定： Pi = Rc+Rz = BhiL γ +KcBhzL γ z 其中，Rg為第一關(guān)鍵塊重量，Rz為載荷層傳遞的重量。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采高層和所述等效直接頂層之間具有如 下關(guān)系： Σ hi = 5.4m+4.5 其中，ΣΙη為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當考慮支護效率時，所述支架額定承受載荷 通過下列公式確定：其中，μ為支架的支護效率。5. -種煤礦大采高工作面支架額定承受載荷確定裝置，其特征在于，包括： 厚度確定單元，用于根據(jù)大采高層工作面的支架與頂板相互作用剖面，將所述大采高 層工作面從上至下依次分為老頂關(guān)鍵層，等效直接頂層和采高層，并確定所述老頂關(guān)鍵層 厚度，所述等效直接頂層厚度和所述采高層厚度； 參數(shù)確定單元，用于根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，在所述老頂關(guān)鍵層內(nèi)劃分第一關(guān)鍵 塊和第二關(guān)鍵塊，依次確認所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊之間的接觸點以及接觸點高 度，獲取所述第一關(guān)鍵塊的長度，所述第一關(guān)鍵塊在水平方向的回轉(zhuǎn)角，所述第二關(guān)鍵塊的 長度，所述第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，以及所述第一關(guān)鍵塊和所述第二關(guān)鍵塊 的端角摩擦系數(shù)； 劃分單元，用于根據(jù)所述等效直接頂層厚度，將所述等效直接頂層厚度從上至下分為 等效直接頂層"短懸臂梁"厚度和易垮落等效直接頂層厚度； 確定單元，用于根據(jù)公式（1)確定所述老頂關(guān)鍵層中的第一關(guān)鍵塊或第二關(guān)鍵塊對所 述等效直接頂層的作用力，根據(jù)公式(2)確定所述等效直接頂層形成的"短懸臂梁"的自重， 根據(jù)公式(3)確定所述易垮落等效直接頂層自重，根據(jù)公式(4)確定支架額定承受載荷； 其中，公式(1)如下所示：公式(2)如下所示： R2^Blh2 γ 公式(3)如下所示：公式(4)如下所示：在公式（1)，公式(2)，公式(3)和公式(4)中，心為所述第一關(guān)鍵塊對等效直接頂層的作 用力，R2為等效直接頂層形成的"短懸臂梁"自重，R3為易垮落等效直接頂層自重，Pm為支架 承受的載荷，In為老頂關(guān)鍵層厚度，Σ?η為等效直接頂層厚度，h 2為等效直接頂層"短懸臂 梁"厚度，h3為易垮落等效直接頂層厚度，hz為載荷層厚度，m為采高層厚度，Θ為第一關(guān)鍵塊 在水平方向的回轉(zhuǎn)角，B為支架寬度，β為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角，a為接觸面 高度，L為第二關(guān)鍵塊長度，γ為基巖平均容重，K G為載荷傳遞系數(shù)；γζ為載荷層平均容重， tan供為關(guān)鍵塊端角摩擦系數(shù)，1為等效直接頂層"短懸臂梁"長度，^為支架控頂距，α為易垮 落等效直接頂層破斷角，θ = 0。6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述確定單元還用于： 根據(jù)所述老頂關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)，確定第二關(guān)鍵塊完全落在垮落矸石，根據(jù)所述第二關(guān)鍵 塊和所述第一關(guān)鍵塊之間的接觸點，通過公式(5)，確定所述第二關(guān)鍵塊的下沉量： ff=m-(KP-l) Ehi 其中，KP為巖石碎脹系數(shù)，Σ?η為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度，W為所述第二關(guān)鍵 塊的下沉量； 通過公式(6)，確定所述第一關(guān)鍵塊的水平擠壓力：其中，T為水平擠壓力，hi為老頂關(guān)鍵層厚度，β為第二關(guān)鍵塊在垂直方向的巖層破斷角， a為接觸面高度，W為所述第二關(guān)鍵塊的下沉量，L為第二關(guān)鍵塊長度，； Pi通過公式(7)確定： Pi = Rc+Rz = BhiL γ +KcBhzL γ z 其中，Rg為第一關(guān)鍵塊重量，Rz為載荷層傳遞的重量。7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述采高層和所述等效直接頂層之間具有如 下關(guān)系： Ehi = 5.4m+4.5 其中，ΣΙη為等效直接頂層厚度，m為采高層厚度。8. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述確定單元還用于： 當考慮支護效率時，所述支架額定承受載荷通過下列公式確定：其中，μ為支架的支護效率。
【文檔編號】G06F17/50GK105956304SQ201610310922
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】黃慶享, 周金龍
【申請人】西安科技大學(xué)