(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211120944.3 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 煤炭科学研究总院有限公司 地址 100013 北京市朝阳区和平里青年沟 东路5号 (72)发明人 孙闯　程健　周天白　张晓雨　 田文龙　王广福　闫鹏鹏　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 杜德海 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 矸石帮挡矸支护变形量计算方法及支护对 策调整方法 (57)摘要 本申请提供了一种矸石帮挡矸支护变形量 计算方法及支护对策调整 方法。 其中计算方法包 括： 建立所述U型钢架的力学本构模型； 以所述U 型钢架为受力对象， 建立压杆模型， 并计算压杆 失稳的临界力； 基于所述力学本构 模型和所述临 界力， 得到 所述U型钢的等价弯曲刚度； 基于 所述 U型钢的等价弯曲刚度， 确定第一矸石帮位移方 程； 基于所述挡矸支护的工程设计参数和所述第 一矸石帮位移方程， 获取第一矸石帮位移量理论 值； 其中， 所述第一矸石帮位移量理论值表征所 述挡矸支护变形量的预测值。 增加了矸石帮变形 量估值的确定性， 从而可以判断当前的挡矸支护 是否需要调整， 为挡矸支护调整提供理论依据， 避免了工程 设计的盲目性， 能为切顶卸压沿空留 巷在大采高、 深埋煤层等复杂工作面的成功应用 提供指导。 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 CN 115525994 A 2022.12.27 CN 115525994 A 1.一种矸石帮挡矸支护变形量计算方法， 其特征在于， 所述挡矸支护包括配合支护的 多个U型钢架和钢筋网， 所述U型钢架包括可伸缩搭接的两个U型钢， 两个所述U型钢的搭接 部分通过卡兰固定； 所述方法包括： 建立所述U型钢架的力学本构模型； 以所述U型钢架为受力对象， 建立压杆模型， 并计算压杆失稳的临界力； 基于所述力学本构模型和所述临界力， 得到所述U型钢的等 价弯曲刚度； 基于所述U型钢的等 价弯曲刚度， 确定第一 矸石帮位移方程； 基于所述挡矸支护的工程设计参数和所述第 一矸石帮位移方程， 获取第 一矸石帮位移 量理论值； 其中， 所述第一 矸石帮位移量理论 值表征所述挡矸支护变形量的预测值。 2.根据权利要求1所述的计算方法， 其特征在于， 所述基于所述U型钢的等价弯曲刚度， 确定第一 矸石帮位移方程， 包括： 确定所述U型钢架在所述 矸石帮作用下的弯 矩方程； 基于所述 等价弯曲刚度和所述弯 矩方程， 确定第一 矸石帮位移方程。 3.根据权利要求2所述的计算方法， 其特征在于， 所述基于所述力学本构模型和所述临 界力， 得到所述U型钢架的等 价弯曲刚度， 包括： 所述力学本构模型通过如下第一公式表示： 其中， Fu为U型钢架弯曲后的拉力， N； f为U型钢与卡兰之间的摩擦力； k为卡兰的个数， μ 为搭接U型钢的摩擦系数； Fu为单个卡兰提供给搭接U型钢的压力， N； T为U型钢架的抗拉强 度。 所述临界力Fcr通过如下第二公式表示： 其中， EI为弯曲刚度， l 为矸石帮高度； 将所述临界力作为所述力学本构模型中的摩擦力， 得到所述U型钢架的等价弯曲刚度， 所述U型钢架的等 价弯曲刚度通过如下第三公式表示： 4.根据权利要求3所述的计算方法， 其特征在于， 所述基于所述等价弯曲刚度和所述弯 矩方程， 确定第一 矸石帮位移方程， 包括： 所述弯矩方程通过如下第四公式表示： 其中， FG为矸石挤压力， x为； 将所述第四公式经 过两次积分得到如下第五 公式：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115525994 A 2其中， ω为 矸石帮位移； 由所述第五 公式可以得到初步的矸石帮位移方程， 表示 为如下第六公式： 将所述第三公式代入所述第六公式， 确定所述第一 矸石帮位移方程如下第七公式： 5.根据权利要求2所述的计算方法， 其特征在于， 所述挡矸支护还包括支撑所述U型钢 架的呛柱， 所述计算方法， 包括： 基于力学分析， 确定呛柱支撑对矸石帮影响部分对应的初步呛柱影响矸石帮位移方 程； 将所述等价弯曲刚度代入所述初步呛柱影响矸石帮位移方程， 得到第 二矸石帮位移方 程； 叠加所述第 一矸石帮位移方程与 所述第二矸石帮位移方程， 得到呛柱支撑后的矸石帮 最终位移曲线公式； 基于所述挡矸支护的工程设计参数和所述矸石帮最终位移曲线公式， 得到第 二矸石帮 位移量理论 值。 6.根据权利要求5所述的计算方法， 其特征在于， 所述基于力学分析， 确定呛柱支撑对 矸石帮影响部分对应的初步呛柱影响矸石帮位移方程， 包括： 基于力学分析， 通过如下第八公式， 表示呛柱 支撑后的U型钢架受力： 其中， β 为呛柱与矸石帮的夹角， Fq为呛柱提供的支护 力； 将所述第八公式根据 连续条件和积分， 确定呛柱支撑对矸石帮影响部分对应的初步呛 柱影响矸石帮位移方程， 通过如下第九公式表示： 7.根据权利要求6所述的计算方法， 其特征在于， 所述叠加所述第 一矸石帮位移方程与 所述第二 矸石帮位移方程， 得到呛柱 支撑后的矸石帮最终位移曲线公式， 包括： 将所述第一矸石帮位移方程与所述第 二矸石帮位移方程作差， 得到呛柱支撑后的矸石 帮最终位移曲线公式。 8.一种基于权利要求1至4任一项所述的矸石帮挡矸支护变形量计算方法的支护对策 调整方法， 包括： 比较所述第一 矸石帮位移量理论 值与矸石帮变形量期望值； 若所述第一矸石帮位移量理论值大于等于所述矸石帮变形量期望值， 则对所述挡矸支 护增加呛柱进行支撑 。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115525994 A 3