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

有效

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

一種采動(dòng)誘導(dǎo)采空區(qū)側(cè)向硬頂結(jié)構(gòu)失穩(wěn)產(chǎn)生的動(dòng)載預(yù)測(cè)方法，包括：(1)分析已采長(zhǎng)壁工作面的工程地質(zhì)環(huán)境，獲得已穩(wěn)定采空區(qū)側(cè)向端部硬頂?shù)慕Y(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，獲得其失穩(wěn)的力學(xué)判據(jù)；(2)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)的附加支承應(yīng)力演化規(guī)律，確定結(jié)構(gòu)力學(xué)失穩(wěn)的極限附加支承應(yīng)力，計(jì)算結(jié)構(gòu)積累的彈性變形能；(3)建立等效動(dòng)力偶力學(xué)分析模型，計(jì)算結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)的動(dòng)載強(qiáng)度，獲得影響該動(dòng)載強(qiáng)度的主要影響因素和影響規(guī)律。本發(fā)明提供了一種求解已穩(wěn)定采空區(qū)側(cè)向端部硬頂結(jié)構(gòu)失穩(wěn)產(chǎn)生動(dòng)載強(qiáng)度的方法，為該區(qū)域內(nèi)開(kāi)挖空間的穩(wěn)定性控制提供了理論依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于采動(dòng)影響鄰域內(nèi)采空區(qū)側(cè)向端部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)產(chǎn)生動(dòng)載強(qiáng)度的求解方法。

背景技術(shù)

完全垮落法處理的采空區(qū)頂板在縱向上形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，裂隙帶內(nèi)的堅(jiān)硬頂板破斷后在采空區(qū)側(cè)向端部形成承載結(jié)構(gòu)，承載上方軟弱巖層的重量及部分支承應(yīng)力，處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，是沿空留巷、沿空掘巷、迎采掘巷圍巖的保護(hù)結(jié)構(gòu)，并且也是無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一；但相鄰下區(qū)段工作面回采產(chǎn)生的超前支承應(yīng)力形成了對(duì)該承載結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，當(dāng)該承載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度不足以承載時(shí)，結(jié)構(gòu)將從一種力學(xué)平衡狀態(tài)演化為另一種平衡狀態(tài)，演化的本質(zhì)是結(jié)構(gòu)改變引起應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、裂隙場(chǎng)的改變，演化的結(jié)果是不同等級(jí)、不同類(lèi)別的礦山壓力顯現(xiàn)，如何確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)產(chǎn)生的動(dòng)載強(qiáng)度就成為該領(lǐng)域工程技術(shù)人員需要解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服已有方法中的不足之處，提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作高效、精度較高的采空區(qū)側(cè)向硬頂結(jié)構(gòu)失穩(wěn)產(chǎn)生動(dòng)載強(qiáng)度的預(yù)測(cè)方法。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種采動(dòng)誘導(dǎo)采空區(qū)側(cè)向硬頂結(jié)構(gòu)失穩(wěn)產(chǎn)生的動(dòng)載預(yù)測(cè)方法，包括以下三個(gè)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，確定該結(jié)構(gòu)力學(xué)失穩(wěn)的極限附加支承應(yīng)力，計(jì)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(dòng)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(dòng)力偶的作用，將動(dòng)力偶對(duì)圍巖的作用應(yīng)力等效為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)的瞬時(shí)動(dòng)載強(qiáng)度。

進(jìn)一步，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(zhǎng)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；