[發明專利]一種堅硬覆巖復合礦壓顯現分析方法

有效

• 申請號: 201410639984.8
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104462659B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 霍丙杰;陳鎣;張宏偉;高亞偉
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種堅硬覆巖復合礦壓顯現分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：確定關鍵層分布

根據開采區域的綜合柱狀圖及覆巖的物理力學參數，第一、假設第1層巖層為堅硬巖層，其上直至第m層巖層與之協調變形，而第m+1層巖層不與之協調變形，則第m+1層巖層是第2層堅硬巖層，由組合梁原理可導出作用在第1層硬巖層上的載荷為其中式中q₁(x)|_m為考慮到第m層巖層對第1層堅硬巖層形成的載荷；h_i、γ_i、E_i分別為第i巖層的厚度、容重、彈性模量(i＝1，2，...，m)，則第m+1層對第1層堅硬巖層形成的載荷為：由于第m+1層為堅硬巖層，其撓度小于下部巖層的撓度，第m+1層以上巖層已不再需要其下部巖層去承擔它所承受的載荷，則必然有：q₁(x)|_m+1＜q₁(x)|_m，根據上述原則，由下往上確定覆巖中的堅硬巖層位置；第二、硬巖層破斷距采用兩端固支梁模型計算，則第k層硬巖層破斷距L_k可由式計算，其中h_k為第k層硬巖層的厚度(m)，σ_k為第k層硬巖層的抗拉強度(MPa)，q_k為第k層硬巖層承受的載荷(kN/m²)；第三、第k層硬巖層若為關鍵層，其破斷距應小于其上部所有硬巖層的破斷距，即滿足：L_k＜L_k+1，若第k層硬巖層破斷距L_k大于其上方第k+1層硬巖層破斷距，則將第k+1層硬巖層承受的載荷加到第k層硬巖層上，重新計算第k層硬巖層的破斷距；根據以上三個過程，確定關鍵層分布位置；

步驟二：根據下列式計算關鍵層初次斷距l_ci和周期斷距l_zi及其與工作面推進距離L：

其中，l_ci為第i關鍵層初次斷距，l_zi為第i關鍵層周期斷距，h_i為第i關鍵層厚度，σ_i為第i關鍵層的抗拉強度，k為第i關鍵層的弱化系數，巖體力學性質的參數取值巖塊的1/5～1/3取值，q_i為第i關鍵層承受的載荷，L為工作面推進距離，H_i為第i關鍵層距工作面距離，為覆巖垮落角；

步驟三：確定自由空間高度Δ及關鍵層破斷

根據下式計算自由空間高度Δ及關鍵層最大撓度ω_max：

其中，L_k為關鍵層破斷長度，h′為煤層高度，M為采高，η為頂煤放出率，k_M為煤層碎脹系數，L為工作面推進距離，h_k為垮落高度，為覆巖垮落角，k_Y為巖石碎脹系數，q為關鍵層所受均布載荷，L_X為關鍵層懸空長度，E為關鍵層彈性模量，ξ為關鍵層彈性模量弱化系數，h為關鍵層厚度；

對于關鍵層的破斷由以下條件判斷：

步驟四：揭示堅硬覆巖礦壓顯現特征

根據下式計算關鍵層初次破斷產生的集中應力P_c和周期破斷產生的集中應力P_z及由此對工作面產生的集中應力系數k：

其中，L_c為關鍵層初次斷距，L_z為關鍵層周期斷距，h為關鍵層厚度，q為關鍵層受到載荷，z為距離集中載荷P的垂直距離，x為距離煤壁的距離，l為應力達到峰值時距煤壁距離；

之后根據關鍵層斷距及其與工作面推進距離的關系，綜合分析不同覆巖復合破斷過程中集中應力及其系數的大小，根據集中應力系數k＞1.05確定覆巖破斷應力影響范圍，依據集中應力的大小，確定覆巖復合破斷對工作面礦壓的影響程度，進而確定工作面礦壓的來源，為揭示礦壓顯現機理、防治礦壓災害等提供理論依據和數據，降低礦壓顯現的影響。