一种三软煤层仰、俯采工作面支架防插底方法与流程

本发明涉及一种采煤工作面支架防插底方法，尤其是一种适用于确定“三软”煤层仰、俯采工作面防插底的方法。

背景技术：

液压支架是综采工作面的主要支护设备，对于顶软、煤软、底软的“三软”煤层工作面液压支架的插底问题，一直都是制约工作面生产效率主要因素。液压支架底座插底主要是工作面底板的抗压强度小于液压支架底座对底板的平均比压造成的，在工作面来压期间，底板承受压力达到最大，插底现象频现，导致支架前移困难。

目前，解决支架插底问题主要依靠底板注浆加固技术来改变底板的粘聚力c，从而提高底板承载能力防止支架插底，但底板注浆加固技术对注浆工艺要求较高，而且经济效益较差。因此，寻求一种便于实施、经济效益好的方法，解决液压支架底座插底导致支架前移困难的情况是急待解决的一大问题。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种“三软”煤层仰、俯采工作面支架插底方法，通过增加支架底座面积减小底板平均比压以防止支架插底，优化增加支架底座长度，从而实现“三软”煤层仰、俯采工作面安全高效生产。

技术方案：本发明的“三软”煤层仰、俯采工作面支架防插底方法，包括如下步骤：

a、首先，采用方形浅基础极限承载力的分析方法，假设底板自重为零，底板破坏时为不变形的刚塑性体，不计支架底座两侧与底板煤岩体的摩擦力以及支架底座两侧底板的抗剪强度的影响，根据粘聚力c、内摩擦角支架底座宽度a以及支架插底深度d计算得出底板极限压力q'u；

b、假定底板无粘聚力，无超载，计算出无超载情况下底板极限压力q″u，此外，在综合底板实际情况下，即底板自重、粘聚力和超载均不为零时，计算得到底板极限压力qu；

c、随着工作面的推进，记录工作面初次来压及周期来压期间支架最大工作阻力f，综合支架自重g以及支架底座长度b，计算出支架底座对底板的平均比压p；

d、令支架插底深度d＝0，比较p和qu大小；

若p<qu，即支架底板的平均比压小于底板极限承载压力，支架不插底；

若p>qu，即支架底板的平均比压大于底板极限承载压力，判定支架会插底，此时，通过增加支架底座面积来减小底板平均比压以防止支架插底；

e、防止支架插底的做法是：在不能改变支架底座宽度a的情况下，通过增加支架底座长度b来增加支架的底座面积，计算出防止支架插底所需支架底座长度b'，此长度即为防止支架插底的最小支架底座长度；

f、根据最小支架底座长度b'，得到支架所需增加长度b'-b，在支架底座的前部焊接支架底座所需增加长度b'-b的加长板，从而防止支架插底现象的发生。

2、根据权利要求1所述的一种“三软”煤层仰、俯采工作面支架防插底方法，其特征在于：所述计算出防止支架插底所需支架底座长度b'的公式如下：

式中：nq—与内摩擦角有关的承载力系数；

γ—煤岩体的重度；

sγ—hansen基础形状修正系数，取0.6；

ny—hansen承载力系数。

有益效果：由于采用了上述方案，本发明基于方形浅基础极限承载力分析了底板极限承载压力，考虑工作面来压期间，底板承受最大载荷情况下支架工作阻力，通过增加支架底座面积减小底板平均比压以防止支架插底。由于工作面支架底座宽度固定不可变，故而通过在支架底座前焊接加长板来增加支架底座长度，从而实现“三软”煤层仰、俯采工作面安全高效生产，减少了“三软”煤层仰俯采工作面支架插底现象，保证了工作面安全高效开采。

附图说明

图1为本发明的支架底座作用下底板滑动面剖面原理示意图。

图2为本发明的支架底座加长前后对比示意图。

图中：ⅰ-主动区，ⅱ-过渡区，ⅲ-朗肯被动区，f-支架最大工作阻力，g-支架自重。

具体实施方式

本发明的“三软”煤层仰、俯采工作面支架防插底方法，具体步骤如下：

a、首先，采用方形浅基础极限承载力的分析方法，假设底板自重为零，底板破坏时为不变形的刚塑性体，不计支架底座两侧与底板煤岩体的摩擦力以及支架底座两侧底板的抗剪强度的影响，根据粘聚力c、内摩擦角支架底座宽度a以及支架插底深度d计算得出底板极限压力q'u；

b、假定底板无粘聚力，无超载，计算出无超载情况下底板极限压力q″u，此外，在综合底板实际情况下，即底板自重、粘聚力和超载均不为零时，计算得到底板极限压力qu；

c、随着工作面的推进，记录工作面初次来压及周期来压期间支架最大工作阻力f，综合支架自重g以及支架底座长度b，计算出支架底座对底板的平均比压p；

d、令支架插底深度d＝0，比较平均比压p和底板极限压力qu的大小；

若p<qu，即支架底板的平均比压小于底板极限承载压力，支架不插底；

若p>qu，即支架底板的平均比压大于底板极限承载压力，判定支架会插底，此时，通过增加支架底座面积来减小底板平均比压以防止支架插底；

e、防止支架插底的做法是：在不能改变支架底座宽度a的情况下，通过增加支架底座长度b来增加支架的底座面积，即通过增加支架底座长度降低底板平均比压以防止插底，计算出防止支架插底所需支架底座长度b'，此长度即为防止支架插底的最小支架底座长度；

所述计算出防止支架插底所需支架底座长度b'的公式如下：

式中：nq-与有关的承载力系数；

γ—煤岩体的重度；

sγ—hansen基础形状修正系数，取0.6；

ny—hansen承载力系数。

f、根据计算出的最小支架底座长度b'，得到支架所需增加长度b'-b，如图2所示，在支架底座的前部焊接支架底座所需增加长度b'-b的加长板，通过增加支架底座长度，减少支架插底现象，或防止支架插底现象的发生，保证“三软”煤层仰俯采工作面正常生产。

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

如图1所示，在工作面来压期间支架最大工作阻力f及支架自重g的作用下，当底板发生整体剪切破坏时，其滑动面一直延伸到底板所在层位面，滑动面由直线、对数螺旋曲线和直线三部分组成，底板的产生的滑动区域分为主动区ⅰ、过渡区ⅱ和朗肯被动区ⅲ三个区，主动区ⅰ与水平夹角为朗肯被动区ⅲ与水平夹角为过渡区ⅱ中对数螺旋曲线与主动区ⅰ及朗肯被动区ⅲ直线相切；

a、首先，采用方形浅基础极限承载力的分析方法，假设底板自重为零，底板破坏时为不变形的刚塑性体，不计支架底座两侧与底板煤岩体的摩擦力以及支架底座两侧底板的抗剪强度的影响，根据粘聚力c、内摩擦角支架底座宽度a、支架插底深度d以及附图1中各滑动区域角度关系分别分析主动区ⅰ、过渡区ⅱ-及朗肯被动区ⅲ受力情况，得出底板极限压力其中

b、假定底板无粘聚力，无超载，即粘聚力c＝0，支架插底深度d＝0，直接利用hansen的基础形状修正系数sγ＝0.6，得出无超载情况下底板极限压力其中此外，综合底板实际情况下，即底板自重、粘聚力和超载均不为零时，计算得到底板极限压力qu，即

c、随着工作面的推进，记录工作面初次来压及周期来压期间支架最大工作阻力f，综合支架自重g以及支架底座长度b，计算出支架底座对底板的平均比压

d、令支架插底深度d＝0，比较p和qu大小；

若p<qu，即支架底板的平均比压小于底板极限承载压力，支架不插底；

若p>qu，即支架底板的平均比压大于底板极限承载压力，判定支架会插底，此时，通过增加支架底座面积来减小底板平均比压以防止支架插底；

e、防止支架插底的做法是：在不能改变支架底座宽度a的情况下，通过增加支架底座长度b来增加支架的底座面积，计算得出防止支架插底所需支架底座长度此长度即为防止支架插底的最小支架底座长度；

f、根据最小支架底座长度b'，得到支架所需增加长度b'-b，如附图2中所示，在支架底座的前部焊接支架底座所需增加长度b'-b的加长板，从而防止支架插底现象的发生。

nq—表示与有关的承载力系数，通过附图1中支架底座作用下底板滑动面剖面示意图中角度关系推导而来。