王國法，龐義輝，2

(1．天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京　100013;2．煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計研究分院，北京　100013)

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基于支架與圍巖耦合關(guān)系的支架適應(yīng)性評價方法

王國法1，龐義輝1，2

(1．天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京100013;2．煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計研究分院，北京100013)

摘要:基于支架與圍巖的動態(tài)失穩(wěn)規(guī)律，分析了支架與圍巖的強度耦合、剛度耦合、穩(wěn)定性耦合關(guān)系，建立了以支架與圍巖適應(yīng)性綜合指數(shù)為核心的評價模型，研究了評價指標的獲取方法及評價流程。研究結(jié)果表明:頂板來壓形成的沖擊動載荷由頂板巖層自重及頂板運移空間共同影響，通過提高頂板來壓前支架、直接頂、底板的組合剛度可促使基本頂斷裂位置向采空區(qū)移動，降低頂板對支架的沖擊，利用三維立體防護裝置維護支架自身穩(wěn)定是支架與圍巖保持動態(tài)平衡的關(guān)鍵。針對不同煤層賦存條件對圍巖控制效果的要求，確定各評價指標的優(yōu)先關(guān)系系數(shù)矩陣，采用模糊綜合判斷矩陣計算支架與圍巖適應(yīng)性綜合評價指數(shù)。通過分析支架對圍巖適應(yīng)性評價結(jié)果，有助于進行支架改進優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞:支架與圍巖耦合關(guān)系;評價指標體系;支架姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng);支架與圍巖適應(yīng)性綜合指數(shù)

王國法，龐義輝．基于支架與圍巖耦合關(guān)系的支架適應(yīng)性評價方法［J］．煤炭學(xué)報，2016，41(6):1348－1353．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1357

Wang Guofa，Pang Yihui．Shield-roof adaptability evaluation method based on coupling of parameters between shield and roof strata［J］．Journal of China Coal Society，2016，41(6):1348－1353．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1357

液壓支架與圍巖關(guān)系是液壓支架設(shè)計的理論基礎(chǔ)，同時也是檢驗工作面頂板控制效果的理論依據(jù)。目前，國內(nèi)外研究學(xué)者對頂板巖層的破斷規(guī)律進行了大量研究與實踐，取得了一批重要的科研成果［1－4］。錢鳴高院士經(jīng)過多年的科研實踐，提出了巖層破斷的“砌體梁”理論，分析了頂板巖層控制的“關(guān)鍵層”力學(xué)模型，研究了支架與圍巖的相互作用原理，分析了頂板巖層的“給定變形”狀態(tài)，認為頂板的最終回轉(zhuǎn)下沉量與液壓支架的工作阻力無關(guān)［5－7］。宋振騏院士基于大量的現(xiàn)場實測分析，建立了以巖層運動為中心的“傳遞巖梁”力學(xué)模型，分析了頂板巖層的“限定變形”狀態(tài)，認為液壓支架可以改變基本頂?shù)幕顒訝顟B(tài)［8］。侯忠杰教授建立了淺埋煤層“支架－圍巖”關(guān)系模型，分析了淺埋煤層頂板運移規(guī)律［9－10］。閆少宏研究員提出了大采高綜采頂板短懸臂梁－鉸接巖梁結(jié)構(gòu)模型，研究了大采高工作面液壓支架合理工作阻力的確定方法［11］?？妳f(xié)興教授研究了充填開采礦壓控制原理及支架受力分析，得到了計算支架主動力作用引起的采場頂板變形位移曲線的解析解［12］。大量科研工作者利用礦山壓力監(jiān)測儀器，對煤炭開采過程中頂板的下沉量、超前支承壓力分布、支架載荷變化等進行了實測研究，得出了計算支架合理工作阻力的經(jīng)驗公式［13－14］。

以往支架與圍巖相互作用關(guān)系的研究成果主要分析了支架工作阻力與礦山壓力的相互作用關(guān)系，忽視了支架與圍巖不同介質(zhì)的剛度與穩(wěn)定性對圍巖控制的影響;支架適應(yīng)性研究也主要集中于支架工作阻力對礦山壓力的適應(yīng)性，缺少統(tǒng)一標準與規(guī)范的適應(yīng)性評價流程。本文通過分析支架與圍巖的強度、剛度、穩(wěn)定性耦合關(guān)系，建立了以支架與圍巖適應(yīng)性綜合指數(shù)為核心的評價模型，可實現(xiàn)支架對圍巖控制效果的綜合評價，指導(dǎo)支架進行改進設(shè)計。

1　支架與圍巖耦合關(guān)系

基于圍巖動態(tài)斷裂失穩(wěn)規(guī)律，分析支架與圍巖不同介質(zhì)的力學(xué)特性，充分反映支架與圍巖之間的強度、剛度和穩(wěn)定性關(guān)系，將支架與圍巖耦合關(guān)系細分為強度耦合、剛度耦合、穩(wěn)定性耦合。

1.1支架與圍巖的強度耦合

支架與圍巖的強度是指支架與圍巖巖體抵抗破壞的能力。由于煤層開挖導(dǎo)致地應(yīng)力場重新分布，引起圍巖巖體發(fā)生強度失穩(wěn)，破斷的圍巖巖體對支架產(chǎn)生沖擊作用力，而液壓支架通過對圍巖巖體的主動承壓和被動讓壓，促使支架與圍巖系統(tǒng)形成動態(tài)的平衡。合理的支架初撐力與支護強度雖然不能改變圍巖巖體最終的破斷失穩(wěn)狀態(tài)，但可以影響圍巖巖體的破斷時間與過程。

圍巖巖體發(fā)生破斷失穩(wěn)形成對液壓支架的作用力主要由兩部分組成，如圖1所示:①巖體在自身重力及上覆巖層壓力作用下發(fā)生回轉(zhuǎn)或滑落失穩(wěn)形成的沖擊力;②由于地應(yīng)力將巖體壓縮形成的彈性變形能釋放的沖擊力。淺埋深、中等埋深圍巖巖體破壞失穩(wěn)形成對液壓支架的作用力通常主要以第1種作用力為主，而深部開采地應(yīng)力異常區(qū)則有可能引發(fā)以第2種作用力為主的強大沖擊破壞力(如沖擊地壓)，通常這種作用力是液壓支架難以承受的，需要采取特別的處理措施，因此，這里主要分析以第1種作用力為主的圍巖巖體與支架的強度耦合關(guān)系。

圖1　圍巖失穩(wěn)形成的作用力Fig.1　Stress result from wall rock failure

基本頂?shù)膹姸扔绊懟卷數(shù)臄嗔巡骄啵瑳Q定了基本頂及隨動巖層的自重;直接頂?shù)膹姸扔绊懼苯禹數(shù)乃槊浵禂?shù)，決定了基本頂回轉(zhuǎn)或滑落的運動空間，2者共同影響基本頂來壓時動載荷的大小。

支架的支護強度與結(jié)構(gòu)件強度應(yīng)能滿足頂板動載沖擊的要求，并通過降低頂板下沉速度、改變動載荷作用位置來影響、降低動載荷對支架的沖擊;同時利用支架對頂板的主動初撐力、護幫板的主動護幫力改變煤壁的受力狀態(tài)，抑制煤壁片幫，適應(yīng)煤體強度的要求;通過調(diào)整支架四連桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，優(yōu)化支架底座比壓分布狀態(tài)，設(shè)計抬底座裝置等，適應(yīng)底板強度的要求，支架與圍巖強度耦合關(guān)系如圖2所示。

1.2支架與圍巖的剛度耦合

支架承受圍巖載荷的最危險狀態(tài)為頂板來壓時形成的動載沖擊，而基本頂?shù)臄嗔盐恢脤⒅苯佑绊憶_擊載荷對支架的作用點［15－16］。由于工作面基本頂為類似剛體，煤層底板、支架、直接頂均為可壓縮的損傷破碎體，這3者之中任何一個剛度發(fā)生變化都將影響基本頂?shù)臄嗔盐恢?，因此單獨分析煤層底板、支架或直接頂?shù)膭偠炔荒芊从持Ъ軐卷數(shù)目刂菩Ч?，但是這3者的組合剛度將直接影響基本頂?shù)臄嗔盐恢茫鐖D3所示。

假設(shè)工作面正常推進至C－D位置時，基本頂發(fā)生斷裂，由于支承壓力峰值前方的底板、煤體、頂板為不可壓縮的類剛體，基本頂斷裂位置一般位于煤壁前方［15］，斷裂位置為A點，此時支架位于斷裂巖層的正下方，將承受較大的沖擊動載荷。若工作面煤層底板、支架、直接頂為純剛體(相當于支承壓力峰值前方不可壓縮的底板、煤體、頂板巖層)，且在移架過程中直接頂不發(fā)生下沉，則此時基本頂?shù)臄嗔盐恢脤⑵浦罛點，即相當于支架推進至E－F時基本頂才發(fā)生斷裂，此時基本頂載荷的作用點將偏移至采空區(qū)，頂板斷裂形成的沖擊載荷將主要作用于采空區(qū)冒落的矸石上，支架承受基本頂動載沖擊的作用將明顯降低(直接頂－支架－底板的組合剛度雖然不能改變基本頂?shù)臄嗔盐恢?，但是可以影響基本頂斷裂時與支架的相對位置)。因此，提高工作面來壓前支架、直接頂、底板的組合剛度，將有助于促進頂板斷裂位置向采空區(qū)移動，降低頂板來壓對支架的影響及作用時間。

圖2　支架與圍巖的強度耦合關(guān)系Fig.2　Coupling of strength between shield and roof strata

圖3　支架與圍巖的剛度耦合關(guān)系Fig.3　Coupling of stiffness between shield and roof strata

1.3支架與圍巖的穩(wěn)定性耦合

對于大傾角、急傾斜、俯采、仰采等特殊開采條件，由于工作面具有一定的傾斜角度，支架不僅需要承受垂直載荷，還要承受較大的傾斜載荷，自身穩(wěn)定性差，并且頂板易發(fā)生滑落失穩(wěn)，煤壁易發(fā)生片幫失穩(wěn)，底板易出現(xiàn)底臌、滑移失穩(wěn)，支架與圍巖動態(tài)平衡系統(tǒng)極易發(fā)生“多米諾骨牌效應(yīng)”，導(dǎo)致重大災(zāi)害事故［17－19］，支架與圍巖穩(wěn)定性耦合關(guān)系如圖4所示。

圖4　支架與圍巖失穩(wěn)分析Fig.4　Analysis of losing stability

通過分析圍巖動態(tài)失穩(wěn)運移規(guī)律，研發(fā)了“自撐—鄰拉—底推—頂擠”剛?cè)岵娜S立體防護裝置及方法，通過對支架進行結(jié)構(gòu)、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，以維持支架自身穩(wěn)定性為前提，適應(yīng)并影響圍巖動態(tài)失穩(wěn)是關(guān)鍵，實現(xiàn)支架與圍巖的動態(tài)平衡為最終目的，維護工作面安全作業(yè)空間。

支架與圍巖的強度、剛度、穩(wěn)定性3者并不是相互獨立的，而是相互影響、相互制約的。合理的支架初撐力與工作阻力不僅能夠使支架保持一定的剛度，有效控制頂板下沉量，而且可以通過主動讓壓(改變剛度)來降低頂板對支架的破壞，而支架與圍巖的剛度則是系統(tǒng)保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)，只有支架與圍巖系統(tǒng)保持穩(wěn)定，支架的初撐力與工作阻力才能充分發(fā)揮作用，促使支架與圍巖系統(tǒng)處于動態(tài)的平衡中。

2　支架適應(yīng)性評價指標體系

基于支架與圍巖的耦合關(guān)系，將支架與圍巖系統(tǒng)細分為支架與圍巖的強度耦合子系統(tǒng)、剛度耦合子系統(tǒng)、穩(wěn)定性耦合子系統(tǒng)，采用AHP方法構(gòu)建了以支架與圍巖適應(yīng)性為核心的評價指標，如圖5所示。

圖5　支架與圍巖適應(yīng)性評價指標Fig.5　Adaptability evaluation index system for shield and surrounding rocks

其中，支架與圍巖的剛度適應(yīng)性指數(shù)、強度適應(yīng)性指數(shù)的下屬指標值均可通過常規(guī)礦壓觀測和現(xiàn)場統(tǒng)計方法獲得，而穩(wěn)定性適應(yīng)指數(shù)下屬指標值則很難獲得。

為了獲取支架與圍巖的穩(wěn)定性適應(yīng)指數(shù)下屬指標值，研發(fā)了支架姿態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過在支架頂梁、連桿、底座安裝傾角傳感器、壓力傳感器和位移傳感器，實時監(jiān)測支架載荷狀態(tài)，利用支架結(jié)構(gòu)位置優(yōu)化算法，便可測得支架姿態(tài)的絕對值。

由于工作面在傾向和走向均有一定角度，且隨著工作面推進而不斷發(fā)生變化，支架姿態(tài)的絕對值并不能反映支架對工作面傾角的適應(yīng)性，需要獲得支架與工作面傾角的相對值。為了獲得支架姿態(tài)與工作面傾角的相對值，在支架前方對應(yīng)的刮板輸送機處安設(shè)傾角傳感器，監(jiān)測工作面傾角的變化。利用支架移架之后測得的支架姿態(tài)值與推移刮板輸送機之前測得的工作面傾角值進行對比，便可獲得支架對工作面姿態(tài)的相對值，如圖6所示。

圖6　傳感器位置布置Fig.6　Sensor location arrangement

3　基于模糊一致矩陣權(quán)重的確定

由于不同工作面煤層賦存條件差異很大，為保證評價結(jié)果的客觀性、實用性，在進行支架適應(yīng)性評價之前，應(yīng)對煤層賦存條件與開采技術(shù)參數(shù)進行分析，明確支架對圍巖的控制效果要求，排除工人操作失誤、支架制造質(zhì)量等因素影響。

由于不同煤層賦存條件下支架對圍巖的控制重點也不一樣，因此需要針對不同煤層賦存條件進行評價指標的優(yōu)先關(guān)系排序，確定評價指標的優(yōu)先關(guān)系系數(shù)，建立模糊優(yōu)先關(guān)系系數(shù)矩陣:

其中，bij為指標ui對uj的優(yōu)先關(guān)系系數(shù)，可用下式計算:

對B矩陣進行改造可得矩陣R:

利用方根法確定各項指標對應(yīng)的優(yōu)度值，作為各指標對應(yīng)的權(quán)重。

式中，Si為各項指標對應(yīng)的優(yōu)度值，i=1，2，…，。

4　基于FCE方法構(gòu)建判斷矩陣

采用清晰集合構(gòu)造模糊集合方法確定支架適應(yīng)性評價指標的隸屬度，假設(shè)A1，A2，A3，…，An為n個任意的清晰集合，從其中任意取出 k(k=1，2，3，…，n)個集合進行求交集，共存在個交集，這個交集的并集為Bk，用k/n與Bk的乘積得到一個模糊集合Bkk/n，其隸屬函數(shù)為

通過采用礦山壓力觀測、支架姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及現(xiàn)場記錄統(tǒng)計方法，獲得整個工作面推進過程中各評價指標的實測值，根據(jù)前期確定的支架對圍巖的控制效果要求，采用專家評議的方法對各評價指標進行打分，并進行求解及歸一化處理。

進行支架對圍巖適應(yīng)性的模糊綜合評價，計算支架適應(yīng)性模糊綜合評價結(jié)果集:

基于支架與圍巖適應(yīng)性評價等級，確定支架與圍巖適應(yīng)性綜合指數(shù)評價集:U={很適應(yīng)，適應(yīng)，一般，不適應(yīng)}={＞90，75～90，60～75，＜60}，計算可得支架適應(yīng)性評價值如下:

式中，T為支架與圍巖適應(yīng)性綜合指數(shù)評價值;UT為支架與圍巖適應(yīng)性綜合指數(shù)評價集對應(yīng)的分數(shù)向量。

通過對支架適應(yīng)性評價結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)支架與圍巖適應(yīng)性較差的部分，分析原因并進行支架改進優(yōu)化設(shè)計。

5　結(jié)　　論

(1)將圍巖巖體破斷失穩(wěn)形成對支架的作用力細分為頂板巖層滑落或回轉(zhuǎn)失穩(wěn)形成的作用力、巖體彈性變形能釋放的沖擊力兩部分，合理的支架初撐力與工作阻力不僅能夠滿足頂板來壓的要求，還可以通過維持支架與圍巖具有一定的剛度來影響頂板載荷對支架的作用，而支架與圍巖系統(tǒng)的穩(wěn)定性則是支架支護強度充分發(fā)揮作用的前提，最終實現(xiàn)支架與圍巖系統(tǒng)的動態(tài)平衡。

(2)基于支架與圍巖的強度、剛度、穩(wěn)定性耦合作用關(guān)系，采用AHP方法構(gòu)建了以支架與圍巖適應(yīng)性綜合指數(shù)為核心的評價指標，研發(fā)了支架姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可有效獲得各評價指標的實測值。

(3)通過建立評價指標的模糊優(yōu)先關(guān)系系數(shù)矩陣，以評價指標對應(yīng)的優(yōu)度值作為指標權(quán)重，采用FCE方法構(gòu)建了支架與圍巖適應(yīng)性評價矩陣，通過對支架適應(yīng)性評價結(jié)果進行分析，可以指導(dǎo)支架進行改進設(shè)計。

參考文獻:

［1］ 史元偉．采煤工作面圍巖控制原理和技術(shù)(上)［M］．徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003．

［2］錢鳴高，石平五．礦山壓力與巖層控制［M］．北京:煤炭工業(yè)出版社，2003．

［3］宋振騏．實用礦山壓力控制［M］．徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1988．

［4］王國法，劉俊峰，任懷偉．大采高放頂煤液壓支架圍巖耦合三維動態(tài)優(yōu)化設(shè)計［J］．煤炭學(xué)報，2011，36(1):145－151．Wang Guofa，Liu Junfeng，Ren Huaiwei．Design and optimization of high seam-caving coal hydraulic support based on model of support and wall rock coupling［J］．Journal of China Coal Society，2011，36(1):145－151．

［5］錢鳴高，繆協(xié)興，何富連，等．采場支架與圍巖耦合作用機理研究［J］．煤炭學(xué)報，1996，21(1):40－44．Qian Minggao，Miao Xiexing，He Fulian，et al．Mechanism of coupling effect between supports in the workings and the rocks［J］．Journal of China Coal Society，1996，21(1):40－44．

［6］錢鳴高，繆協(xié)興，何富連．采場“砌體梁”結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵塊分析［J］．煤炭學(xué)報，1994，19(6):557－563．Qian Minggao，Miao Xiexing，He Fulian．Analysis of key block in the structure of voussoir beam in long wall mining［J］．Journal of China Coal Society，1994，19(6):557－563．

［7］劉長友，錢鳴高，曹勝根，等．采場直接頂對支架與圍巖關(guān)系的影響機制［J］．煤炭學(xué)報，1997，22(5):471－476．Liu Changyou，Qian Minggao，Cao Shenggen，et al．Influencing mechanism of immediate roof on the relation between supports in the workings and surrounding rocks［J］．Journal of China Coal Society，1997，22(5):471－476．

［8］盧國志，湯建泉，宋振騏．傳遞巖梁周期裂斷步距與周期來壓步距差異分析［J］．巖土工程學(xué)報，2010，32(4):538－541．Lu Guozhi，Tang Jianquan，Song Zhenqi．Difference between cyclic fracturing and cyclic weighting interval of transferring rock beams ［J］．Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2010，32(4): 538－541．

［9］侯忠杰．地表厚松散層淺埋煤層組合關(guān)鍵層的穩(wěn)定性分析［J］．煤炭學(xué)報，2000，25(2):127－131．Hou Zhongjie．Analysis of combinatorial key strata stability in shallow coal seam with thick loose bed［J］．Journal of China Coal Society，2000，25(2):127－131．

［10］侯忠杰，吳文湘，肖民．厚土層薄基巖淺埋煤層“支架－圍巖”關(guān)系實驗研究［J］．湖南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，22(1):9－12．Hou Zhongjie，Wu Wenxiang，Xiao Min．Research on relation of “support and surrounding-rock”in shallow seam covered with thick soil stratum and thin basic rock［J］．Journal of Hunan University of Science＆Technology(Natural Science Edition)，2007，22(1): 9－12．

［11］閆少宏，尹希文，許紅杰，等．大采高綜采頂板短懸臂梁－鉸接巖梁結(jié)構(gòu)與支架工作阻力的確定［J］．煤炭學(xué)報，2011，36 (11):1816－1820．Yan Shaohong，Yin Xiwen，Xu Hongjie，et al．Roof structure of short cantilever-articulated rock beam and calculation of support resistance in full-mechanized face with large mining height［J］．Journal of China Coal Society，2011，36(11):1816－1820．

［12］繆協(xié)興．綜合機械化固體充填采煤礦壓控制原理與支架受力分析［J］．中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，39(6):795－801．Miao Xiexing．Principleofundergroundpressurecontrolin fully-mechanized coal mining with solid filling and force analysis of mining suppor［J］．Journal of China University of Mining＆Technology，2010，39(6):795－801．

［13］鞠金峰，許家林，朱衛(wèi)兵，等．7．0 m支架綜采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究［J］．采礦與安全工程學(xué)報，2012，29(3):344－350．Ju Jinfeng，Xu Jialin，Zhu Weibing，et al．Strata behavior of fully-mechanized face with 7．0 m height support［J］．Journal of Mining ＆Safety Engineering，2012，29(3):344－350．

［14］楊敬軒，魯巖，劉長友，等．堅硬厚頂板條件下巖層破斷及工作面礦壓顯現(xiàn)特征分析［J］．采礦與安全工程學(xué)報，2013，30(2): 211－217．Yang Jingxuan，Lu Yan，Liu Changyou，et al．Analysis on the rock failure and strata behavior characteristics under the condition of hard and thick roof［J］．Journal of Mining＆Safety Engineering，2013，30(2):211－217．

［15］劉雙躍，錢鳴高．老頂斷裂位置及斷裂后回轉(zhuǎn)角的數(shù)值分析［J］．煤炭學(xué)報，1989，18(1):31－36．Liu Shuangyue，Qian Minggao．The numerical analysis of the cracked position and inclination of the main roof［J］．Journal of China University of Mining＆Technology，1989，18(1):31－36．

［16］劉學(xué)生，寧建國，譚云亮．近淺埋煤層頂板破斷力學(xué)模型研究［J］．采礦與安全工程學(xué)報，2014，31(2):214－219． Liu Xuesheng，Ning Jianguo，Tan Yunliang．Study on roof breaking model of near shallow seam［J］．Journal of Mining＆Safety Engineering，2014，31(2):214－219．

［17］伍永平．“頂板－支護－底板”系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性控制模式［J］．煤炭學(xué)報，2007，32(4):341－346．Wu Yongping．Controlling pattern for dynamic stability of system “roof-support-floor”［J］．Journal of China Coal Society，2007，32(4):341－346．

［18］張東升，吳鑫，張煒，等．大傾角工作面特殊開采時期支架穩(wěn)定性分析［J］．采礦與安全工程學(xué)報，2013，30(3):331－336．Zhang Dongsheng，Wu Xin，Zhang Wei，et al．Stability analysis on support in large inclined coalface during special mining period［J］．Journal of Mining＆Safety Engineering，2013，30(3):331－336．

［19］郭衛(wèi)彬，魯巖，黃福昌，等．仰采綜放工作面端面煤巖穩(wěn)定性及控制研究［J］．采礦與安全工程學(xué)報，2014，31(3):406－412．Guo Weibin，Lu Yan，Huang Fuchang，et al．Stability of surrounding rock in head face of upward fully-mechanized caving face and its control technology［J］．Journal of Mining＆Safety Engineering，2014，31(3):406－412．

中圖分類號:TD32

文獻標志碼:A

文章編號:0253－9993(2016)06－1348－06

收稿日期:2015－09－16修回日期:2015－10－16責(zé)任編輯:許書閣

基金項目:國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)資助項目(2014CB046302);青年創(chuàng)新基金資助項目(2016QN007)

作者簡介:王國法(1960—)，男，山東文登人，研究員，博士生導(dǎo)師。Tel:010－84262109，E－mail:wangguofa@tdkcsj．com。通訊作者:龐義輝(1985—)，男，河北保定人，助理研究員。Tel:010－84262109，E－mail:pangyihui@tdkcsj．com

Shield-roof adaptability evaluation method based on coupling of parameters between shield and roof strata

WANG Guo-fa1，PANG Yi-hui1，2
(1．Coal Mining and Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co．，Ltd．，Beijing100013，China;2．Coal Mining and Designing Branch，China Coal Research Institute，Beijing100013，China)

Abstract:Based on the dynamic instability of deformation between shield and surrounding rocks，the coupling relationship of stiffness，strength，and stability between shield and surrounding rocks was analyzed．An evaluation model for shield-rock adaptability was established using a composite parameter．The methods for acquiring the evaluation parameters and the evaluation flow sheet were studied．The results show that the dynamic load which was formed in the process of roof weighting is impacted by the roof weight and the roof motion space．The roof fracture location is impacted by the stiffness of support，immediate roof and seam floor，which reduce the impact load from roof to support．The key factor to maintain the balance of support and rock was the three dimensional protection device in support．The precedence relation matrix of evaluation index was confirmed based on the requirement of different seams．The comprehensive evaluation index of support and rock was calculated by fuzzy comprehensive judgment matrix．Some improvement of support design can be achieved through analyzing the evaluation result．

Key words:coupling of shield and surrounding rocks;evaluation parameter;shield monitoring system;comprehensive evaluation parameter of shield and rock