本發(fā)明涉及一種采煤工作面支架防插底方法，尤其是一種適用于確定“三軟”煤層仰、俯采工作面防插底的方法。

背景技術(shù)：

液壓支架是綜采工作面的主要支護設備，對于頂軟、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(chǎn)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于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(xiàn)象頻現(xiàn)，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(shù)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(shù)對注漿工藝要求較高，而且經(jīng)濟效益較差。因此，尋求一種便于實施、經(jīng)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(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種“三軟”煤層仰、俯采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(yōu)化增加支架底座長度，從而實現(xiàn)“三軟”煤層仰、俯采工作面安全高效生產(chǎn)。

技術(shù)方案：本發(fā)明的“三軟”煤層仰、俯采工作面支架防插底方法，包括如下步驟：

a、首先，采用方形淺基礎(chǔ)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(cè)與底板煤巖體的摩擦力以及支架底座兩側(cè)底板的抗剪強度的影響，根據(jù)粘聚力c、內(nèi)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??；

若p<qu，即支架底板的平均比壓小于底板極限承載壓力，支架不插底；

若p>qu，即支架底板的平均比壓大于底板極限承載壓力，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(jù)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(xiàn)象的發(fā)生。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種“三軟”煤層仰、俯采工作面支架防插底方法，其特征在于：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(nèi)摩擦角有關(guān)的承載力系數(shù)；

γ—煤巖體的重度；

sγ—hansen基礎(chǔ)形狀修正系數(shù)，取0.6；

ny—hansen承載力系數(shù)。

有益效果：由于采用了上述方案，本發(fā)明基于方形淺基礎(chǔ)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。由于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(xiàn)“三軟”煤層仰、俯采工作面安全高效生產(chǎn)，減少了“三軟”煤層仰俯采工作面支架插底現(xiàn)象，保證了工作面安全高效開采。

附圖說明

圖1為本發(fā)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(fā)明的支架底座加長前后對比示意圖。

圖中：ⅰ-主動區(qū)，ⅱ-過渡區(qū)，ⅲ-朗肯被動區(qū)，f-支架最大工作阻力，g-支架自重。

具體實施方式

本發(fā)明的“三軟”煤層仰、俯采工作面支架防插底方法，具體步驟如下：

a、首先，采用方形淺基礎(chǔ)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(cè)與底板煤巖體的摩擦力以及支架底座兩側(cè)底板的抗剪強度的影響，根據(jù)粘聚力c、內(nèi)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??；

若p<qu，即支架底板的平均比壓小于底板極限承載壓力，支架不插底；

若p>qu，即支架底板的平均比壓大于底板極限承載壓力，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(guān)的承載力系數(shù)；

γ—煤巖體的重度；

sγ—hansen基礎(chǔ)形狀修正系數(shù)，取0.6；

ny—hansen承載力系數(shù)。

f、根據(jù)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(xiàn)象，或防止支架插底現(xiàn)象的發(fā)生，保證“三軟”煤層仰俯采工作面正常生產(chǎn)。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)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?shù)装灏l(fā)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(shù)螺旋曲線和直線三部分組成，底板的產(chǎn)生的滑動區(qū)域分為主動區(qū)ⅰ、過渡區(qū)ⅱ和朗肯被動區(qū)ⅲ三個區(qū)，主動區(qū)ⅰ與水平夾角為朗肯被動區(qū)ⅲ與水平夾角為過渡區(qū)ⅱ中對數(shù)螺旋曲線與主動區(qū)ⅰ及朗肯被動區(qū)ⅲ直線相切；

a、首先，采用方形淺基礎(chǔ)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(cè)與底板煤巖體的摩擦力以及支架底座兩側(cè)底板的抗剪強度的影響，根據(jù)粘聚力c、內(nèi)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(qū)域角度關(guān)系分別分析主動區(qū)ⅰ、過渡區(qū)ⅱ-及朗肯被動區(qū)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(chǔ)形狀修正系數(shù)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??；

若p<qu，即支架底板的平均比壓小于底板極限承載壓力，支架不插底；

若p>qu，即支架底板的平均比壓大于底板極限承載壓力，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(jù)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(xiàn)象的發(fā)生。

nq—表示與有關(guān)的承載力系數(shù)，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(guān)系推導而來。