[发明专利]沿空掘巷煤柱变形的计算方法及相关装置

权利要求书

1.一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法，应用于掘进阶段，其特征在于，包括：

预先设计煤柱宽度和煤柱高度，在煤柱的安全系数小于1、煤柱的两侧变形相等且煤柱变形前后横截面面积不变的情况下，获取变形前预先设计的煤柱宽度、变形前预先设计的煤柱高度和变形后煤柱宽度，根据煤柱的面积计算公式，得到变形后的煤柱高度表达式；其中，所述变形后煤柱宽度包括所述变形前预先设计的煤柱宽度和单侧煤柱宽度增加量；

基于所述变形后的煤柱高度表达式、所述变形后煤柱宽度和煤柱强度计算公式，得到变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式；

基于煤柱应力计算公式，得到煤柱变形前的煤柱应力；

基于所述变形前的煤柱应力、所述变形前预先设计的煤柱宽度和所述单侧煤柱宽度增加量，在煤柱宽度增加引起煤柱应力下降只考虑单边煤柱的变形的情况下，得到变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式；

基于所述变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式、所述变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式和煤柱表面支护阻力，得到所述单侧煤柱宽度增加量的值。

2.根据权利要求1所述的沿空掘巷煤柱变形的计算方法，其特征在于，所述煤柱强度计算公式包括：

其中，σ₂为煤单轴抗压强度，w为煤柱宽度，h₂为煤柱或者巷道高度。

3.根据权利要求1所述的沿空掘巷煤柱变形的计算方法，其特征在于，所述煤柱应力计算公式包括：

其中，w₁为巷道宽度，w为煤柱宽度，h为煤层采高，g为重力加速度，θ为侧向支承角，H为裂隙带高度，γ为工作面上覆岩层容重。

4.根据权利要求1所述的沿空掘巷煤柱变形的计算方法，其特征在于，所述煤表面支护阻力包括：

煤岩体的三轴系数和锚杆支护作用对煤柱的围压；

其中，所述煤岩体的三轴系数包括煤岩体内摩擦角；

所述锚杆支护作用对煤柱的围压包括：锚杆索的端部工作载荷和单根锚杆支护面积。

5.一种沿空掘巷煤柱变形的计算装置，其特征在于，包括：

第一计算模块，用于预先设计煤柱宽度和煤柱高度，在煤柱的安全系数小于1、煤柱的两侧变形相等且煤柱变形前后横截面面积不变的情况下，获取变形前预先设计的煤柱宽度、变形前预先设计的煤柱高度和变形后煤柱宽度，根据煤柱的面积计算公式，得到变形后的煤柱高度表达式；其中，所述变形后煤柱宽度包括所述变形前预先设计的煤柱宽度和单侧煤柱宽度增加量；

第二计算模块，用于基于所述变形后的煤柱高度表达式、所述变形后煤柱宽度和煤柱强度计算公式，得到变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式；

第三计算模块，用于基于煤柱应力计算公式，得到煤柱变形前的煤柱应力；

第四计算模块，用于基于所述变形前的煤柱应力、所述变形前预先设计的煤柱宽度和所述单侧煤柱宽度增加量，在煤柱宽度增加引起煤柱应力下降只考虑单边煤柱的变形的情况下，得到变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式；

第五计算模块，用于基于所述变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式、所述变形后无锚杆支护的煤柱强度表达式和煤柱表面支护阻力，得到所述单侧煤柱宽度增加量的值。

6.根据权利要求5所述的沿空掘巷煤柱变形的计算装置，其特征在于，所述煤柱强度计算公式包括：

其中，σ₂为煤单轴抗压强度，w为煤柱宽度，h₂为煤柱或者巷道高度。

7.根据权利要求5所述的沿空掘巷煤柱变形的计算装置，其特征在于，所述煤柱应力计算公式包括：

其中，w₁为巷道宽度，w为煤柱宽度，h为煤层采高，g为重力加速度，θ为侧向支承角，H为裂隙带高度，γ为工作面上覆岩层容重。