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申请/专利权人：西安科技大学

摘要：本发明提出了一种计算巷道掘进迎头顶板挠度及最大空顶距的方法，该方法为：根据巷道掘进过程中顶板及两帮围岩受力形式和支护状态，将所掘巷道在空间上划分为三个区：掘进迎头扰动区、临时支护区及永久支护未稳定区，掘进迎头扰动区的下侧为即将掘进的煤壁，将三个区的直接顶上的覆岩层作为连续体进行力学分析，其整体承载，且处于弹性变形阶段，不考虑非连续塑性破坏，且直接顶上还具有基本顶，建立巷道掘进顶板力学模型，根据建立的巷道掘进顶板力学模型计算巷道掘进迎头顶板挠度及最大空顶距。本发明可在巷道开挖前预判其掘进迎头的最大空顶距，为后期临时支护参数设计提供依据，计算结果较精确。

主权项：1.一种计算巷道掘进迎头顶板挠度及最大空顶距的方法，其特征在于，包括：根据巷道掘进过程中顶板及两帮围岩受力形式和支护状态，将所掘巷道在空间上划分为三个区：掘进迎头扰动区、临时支护区及永久支护未稳定区，掘进迎头扰动区的下侧为即将掘进的煤壁，临时支护区在掘进过程中在巷道内设置了临时支护体，永久支护未稳定区为掘进过程中在巷道设置了永久支护的锚杆和锚索，将三个区的直接顶上的覆岩层作为连续体进行力学分析，其整体承载，且处于弹性变形阶段，不考虑非连续塑性破坏，且直接顶上还具有基本顶，以巷道掘进方向的掘进迎头扰动区、临时支护区及永久支护未稳定区长度方向为横坐标，将掘进迎头扰动区、临时支护区和永久支护未稳定区的总长度简化为简支梁结构，掘进迎头扰动区远离临时支护区的内侧作为简支梁结构的固支点，记为O点，以掘进迎头扰动区和临时支护区相交的点记为A点，临时支护区和永久支护未稳定区相交的点记为B点，永久支护未稳定区外侧的点记为C点，其中O点至C点的长度为梁结构的长度，从而建立巷道掘进顶板力学模型，根据建立的巷道掘进顶板力学模型进行力学分析，得到掘进巷道临时支护区直接顶的挠曲线方程： 其中，wx为掘进巷道迎头临时支护区直接顶挠曲线方程；γm为直接顶的容重，单位为Nm3；hm为直接顶的厚度，单位为m；γmhm表示直接顶的自重荷载；p0为基本顶作用在直接顶上的覆岩层载荷，单位为Pa；p1为临时支护区的临时支护载荷，单位为Pa；p2为永久支护未稳定区的永久支护载荷，单位为Pa，p3为煤壁对于直接顶的支承载荷，单位为Pa；L1为临时支护区的长度，单位为m，L2为永久支护未稳定区的长度，单位为m；L3为掘进迎头扰动区内煤壁受掘进扰动极限平衡区的长度，单位为m；L0为力学模型中岩梁的总长度，单位为m，L0＝L1+L2+L3；E为直接顶的弹性模量，单位为Pa；I为单位宽度直接顶岩梁横截面的惯性矩，单位为m4，其中I＝hm312；x为临时支护区的直接顶距O点的距离，单位为m；C为常数；D为常数；C和D采用该解析式计算： 当p1＝0时，临时支护区处于空顶状态下，L1成为最大空顶距，将许用挠度[w]作为顶板变形的最大限度，即为： 将参数p0、p2、γm、hm、L2、L3、E、I、C1、D1代入上述公式，求解最大空顶距L1以及顶板变形的最大挠度wmax；其中C1和D1为： 其中，p3′为煤壁对于直接顶在O点的支承载荷，单位为Pa。

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