[發(fā)明專利]一種采動誘導(dǎo)采空區(qū)側(cè)向硬頂失穩(wěn)產(chǎn)生的動載預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810351714.5
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108776065B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 神文龍;曹正正;王襄禹;肖同強(qiáng);王猛;柏建彪;許磊
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 鄭州浩德知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

1.一種采動誘導(dǎo)采空區(qū)側(cè)向硬頂結(jié)構(gòu)失穩(wěn)產(chǎn)生的動載預(yù)測方法，其特征在于，包括以下三個步驟：

第一步，獲得靠近采空區(qū)側(cè)向端部的堅(jiān)硬頂板結(jié)構(gòu)特征，建立采空區(qū)側(cè)向端部硬頂結(jié)構(gòu)的力學(xué)解析模型，獲得其平衡失穩(wěn)的力學(xué)判據(jù)；

第二步，隨著相鄰下區(qū)段工作面的回采，揭示采空區(qū)側(cè)向端部硬頂結(jié)構(gòu)上支承應(yīng)力的演化規(guī)律，確定采空區(qū)側(cè)向端部硬頂結(jié)構(gòu)力學(xué)失穩(wěn)的極限附加支承應(yīng)力，計算確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)瞬間積累的彈性變形能；

第三步，用動力偶等效結(jié)構(gòu)失穩(wěn)瞬間的力學(xué)狀態(tài)，將失穩(wěn)瞬間結(jié)構(gòu)累積的彈性變形能轉(zhuǎn)化為動力偶的作用，將動力偶對圍巖的作用應(yīng)力等效為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時的瞬時動載強(qiáng)度；

所述的第一步中，靠近采空區(qū)側(cè)向端部的堅(jiān)硬頂板結(jié)構(gòu)特征為：

L_I′＝ζL_II,0≤ζ≤1 (IV)

式中：

L_II-下位硬頂結(jié)構(gòu)的跨度，其單位為m；

θ-下位硬頂結(jié)構(gòu)的傾角，其單位為°；

h_m-采煤高度，其單位為m；

L-頂板的周期斷裂步距，其單位為m；

s-工作面?zhèn)认蜷L度，其單位為m；

h₁-下位硬頂結(jié)構(gòu)的厚度，其單位為m；

h_I-軟弱巖層的厚度，其單位為m；

R_T-下位硬頂結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，其單位為MPa；

γ₁-下位硬頂結(jié)構(gòu)和軟弱巖層的平均容重，其單位為N/m³；

L_I′-上部硬頂懸臂結(jié)構(gòu)的長度，其單位為m；

ζ-上部硬頂懸臂結(jié)構(gòu)的長度與下位硬頂結(jié)構(gòu)長度的比值，其單位為1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采動誘導(dǎo)采空區(qū)側(cè)向硬頂結(jié)構(gòu)失穩(wěn)產(chǎn)生的動載預(yù)測方法，其特征在于，所述的第一步中，獲得其失穩(wěn)的力學(xué)判據(jù)為：

式中：

F-工作面采動附加支承應(yīng)力，其單位為MPa；

η_p-下位硬頂結(jié)構(gòu)與下位堅(jiān)硬頂板間擠壓強(qiáng)度系數(shù)，0≤η_p≤1；

σ_c-下位硬頂結(jié)構(gòu)的單軸抗壓強(qiáng)度，其單位為MPa；

-下位硬頂結(jié)構(gòu)的內(nèi)摩擦角，其單位為°；

δ-上部硬頂懸臂結(jié)構(gòu)自由端的極限撓度的倍數(shù)，0≤δ≤1；

R_T′-上部硬頂懸臂結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，其單位為MPa；

F_g-下位硬頂結(jié)構(gòu)與其承載的軟弱巖層總重應(yīng)力，其單位為MPa，計算方法如式(VI)；

F_g′-上部硬頂懸臂結(jié)構(gòu)及其上方軟弱層總重應(yīng)力，其單位為MPa，計算方法如式(VII)；

F_g＝γ₁(L_IIh₁+L_IIh_Icosθ) (VI)

F_g′＝γ₂(h₂+h_II)L_I′ (VII)

式中：

γ₂-上部硬頂懸臂結(jié)構(gòu)及其承載軟弱巖層的平均容重，其單位為kN/m³；

h₂-上部硬頂懸臂結(jié)構(gòu)的厚度，其單位為m；

h_II-上部硬頂懸臂結(jié)構(gòu)承載軟弱巖層的累積厚度，其單位為m。