[发明专利]沿空掘巷煤柱变形的计算方法及相关装置

说明书

本发明提供一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法，包括：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；基于变形后的煤柱高度表达式、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；基于变形前的煤柱应力、变形前煤柱宽度和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；基于变形后的锚杆支护的煤柱强度表达式、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，得到单侧煤柱宽度增加量的值。

技术领域

本发明涉及采煤技术领域，尤其涉及一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法及相关装置。

背景技术

沿空掘巷基本上都是在采空区的边缘，预留一定宽度的煤柱掘进巷道，沿空掘巷有利于巷道维护。窄煤柱主要有两个作用，支撑上覆岩层载荷和防止相邻采空区的漏风、漏水，当煤柱上方的载荷即煤柱应力大于煤柱强度时，煤柱发生相应的变形，提高煤柱承载能力。

沿空掘巷是工作面顺槽的一种布置方式，服务于本工作面回采的要求，工作面回采之后，本工作面的沿空掘巷就没有价值，是一种短期工程。在进行沿空掘巷工程设计时，必须考虑经济价值和工程效果，提高煤炭资源的回采率，提高经济效益和社会效益，在满足工程需要的前提下，提前进行煤柱设计并计算煤柱的变形是非常必要的。

发明内容

本发明提供一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法及相关装置，用以在沿空掘巷设计煤柱时计算掘进阶段煤柱的变形。

本发明提供一种沿空掘巷煤柱变形的计算方法，应用于掘进阶段，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。

可选地，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。

可选地，，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。

可选地，，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。

本发明提供一种沿空掘巷煤柱变形的计算装置，包括：