基于压力拱的隔水层保护方法、拱脚构筑方法及拱脚结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114075985A(43)申请公布日2022.02.22(21)申请号202010844466.5E21D11/15(2006.01)(22)申请日2020.08.20E21D11/00(2006.01)(71)申请人神华神东煤炭集团有限责任公司地址017209内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇上湾金龙路北(原煤海商城)申请人北京低碳清洁能源研究院国家能源投资集团有限责任公司(72)发明人郭俊廷李全生张凯徐祝贺(74)专利代理机构北京聿宏知识产权代理有限公司11372代理人吴大建朱明明(51)Int.Cl.E21D11/38(2006.01)E21D11/18(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称基于压力拱的隔水层保护方法、拱脚构筑方法及拱脚结构(57)摘要本发明提供了一种基于压力拱的隔水层保护方法、拱脚构筑方法及拱脚结构，该保护方法包括：步骤S10：获取煤层埋深以及开采工作面上覆岩层的各层厚度与其他力学参数；步骤S20：根据上覆岩层的各层厚度，确定煤层与隔水层之间的距离，即压力拱发育到隔水层时的矢高；步骤S30：根据矢高，确定压力拱发育到隔水层时的极限跨度；步骤S40：根据煤层埋深与极限跨度，确定压力拱的单侧拱脚的宽度；步骤S50：根据单侧拱脚的宽度，确定压力拱的复合拱脚的宽度；步骤S60：当开采工作面推进一个极限跨度的距离时，构筑出一个复合拱脚。基于本发明的技术方案，通过构筑人工支撑体形成连跨拱壳型的支撑结构，实现覆岩破坏高度的控制，达到保护含水层和隔水层的目的。CN114075985ACN114075985A权利要求书1/2页1.一种基于压力拱的隔水层保护方法，其特征在于，包括：步骤S10：获取煤层埋深H以及开采工作面上覆岩层的各层厚度与其他力学参数；步骤S20：根据所述上覆岩层的各层厚度，确定所述煤层与隔水层之间的距离h0，所述煤层与隔水层之间的距离h0即压力拱发育到所述隔水层时的矢高；步骤S30：根据所述矢高，确定所述压力拱发育到所述隔水层时的极限跨度l0；步骤S40：根据所述煤层埋深与所述极限跨度，确定所述压力拱的单侧拱脚的宽度d1；步骤S50：根据所述单侧拱脚的宽度，确定所述压力拱的复合拱脚的宽度d0，d0＝2d1，所述复合拱脚对应两个相邻所述压力拱中相邻且相连为整体的两个单侧拱脚；步骤S60：当所述开采工作面推进一个所述极限跨度的距离时，在所述开采工作面的底板上通过混凝土浇筑出一个作为两个相邻所述压力拱一侧拱脚的复合拱脚，所述复合拱脚的顶部接触所述开采工作面的顶板。2.根据权利要求1所述的基于压力拱的隔水层保护方法，其特征在于，步骤S30中，所述极限跨度根据以下公式确定：其中，l为压力拱的跨度、h为压力拱的矢高、λ为岩层的侧压系数。3.根据权利要求2所述的基于压力拱的隔水层保护方法，其特征在于，步骤S30包括以下步骤：步骤S31：考虑岩层为硬层岩时，确定极限跨度其中λ1为硬岩层的测压系数；步骤S32：考虑岩层为软层岩时，确定极限跨度其中λ2为软岩层的测压系数；步骤S33：考虑岩层为中硬岩层时，确定极限跨度l3＝(l1+l2)/2；步骤S34：根据开采工作面所述上覆岩层实际赋存软硬情况结合l1、l2与l3的值，通过插值法确定所述极限跨度l′0。4.根据权利要求3所述的基于压力拱的隔水层保护方法，其特征在于，步骤S34后，还包括：步骤S35：考虑安全因素，增加安全系数η1，则所述极限跨度l0＝l′0/η1。5.根据权利要求1所述的基于压力拱的隔水层保护方法，其特征在于，步骤S40包括以下步骤：步骤S41：根据以下公式确定所述压力拱单侧拱脚的受力：其中，F为所述压力拱单侧拱脚的受力，γ为所述压力拱拱顶上方岩层的平均容重；步骤S42：根据以下公式确定所述压力拱单侧拱脚的宽度：其中，σ为混凝土浇筑材料的强度。6.根据权利要求1所述的基于压力拱的隔水层保护方法，其特征在于，步骤S50中，还包2CN114075985A权利要求书2/2页括：考虑安全因素，增加安全系数η2，则所述复合拱脚的宽度d0＝2η2d1。7.一种拱脚构筑方法，其应用于如权利要求1至6任一项所述的保护方法，其特征在于，包括：步骤a：当开采工作面推进一个极限跨度的距离时，在液压支架后方的采空区放置由钢筋构成的钢筋框架；步骤b：将在地面按一定比例混合好的混凝土运送至所述开采工作面上的相应位置并喷射在钢筋框架上；步骤c：随着所述开采工作面的推进，不断的放置钢筋框架并喷射混凝土，直至喷射的混凝土的宽度达到复合拱脚的宽度，所述混凝土凝固后形成所述复合拱脚；步骤d：所述开采工作面每推进一个极限跨度的距离，就通过放置钢筋框架与喷射混凝土建造一个压力拱的所述