[發明專利]一種裂縫貫通巖層的判別方法

在審

• 申請號: 202010737985.1
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111781334A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 何昌春;盧衛永
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 鄭州萬創知識產權代理有限公司 41135
• 代理人: 任彬

1.一種裂縫貫通巖層的判別方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：搜集礦井覆巖柱狀和各巖層的物理力學參數，物理力學參數包括巖層厚度、開采高度、抗拉強度和抗壓強度；

h為層狀巖層厚度；

M為開采高度；

σ_c為單軸抗壓強度；

σ_t為單軸抗拉強度；

步驟2：計算目標巖層的最大相對下沉△，巖層的最大相對下沉△等于開采高度M減去冒落帶碎脹高度h_p和冒落帶上巖層卸荷膨脹量h_t，即計算公式為：Δ＝M-h_p-h_t；

步驟3：根據層狀巖層豎向貫通裂縫的判別準則判別裂縫是否貫通巖層，層狀巖層豎向貫通裂縫的判別準則為為豎向裂縫貫通準則值，為壓拉比，當豎向裂縫貫通準則值大于壓拉比時，豎向裂縫將會貫通巖層，層狀巖層破斷。

2.根據權利要求1所述的裂縫貫通巖層的判別方法，其特征在于：所述步驟3由步驟3.1、步驟3.2和步驟3.3得出；

步驟3.1：當層狀巖層回轉到某一水平時，在彎矩和軸力作用下，巖層底部縱向壓應力達到抗壓強度，豎向裂縫將貫通層狀巖層，當層狀巖層初次破斷時，巖層中部橫截面剪力為零，等效此處用一條貫通裂縫切斷層狀巖層，砌體塊的平衡方程為：

式中：T為擠壓處壓應力合力；

a為擠壓處壓應力作用范圍；

載荷q包括層狀巖層承載的載荷和自重；

L為破斷塊體的長度；

豎向裂縫貫通巖層時，擠壓處壓應力作用范圍a可根據塊體間的幾何關系用層狀巖層厚度h表示，根據幾何關系，可求得擠壓處壓應力作用范圍a為：

聯立式(1)和(2)，得到下式：

步驟3.2：當層狀巖層擠壓處最外部單元進入塑性狀態，即水平推力產生的壓應力大于抗壓極限時，層狀巖層將被豎向裂縫貫通，即：

式中：σ_jc為塊體端角擠壓強度；

塊體端角擠壓強度σ_jc與塊體的單軸抗壓強度之間的關系為：σ_jc＝ησ_c，η為端角處擠壓強度系數；

聯立式(2)、(3)和(4)，得到下式：

步驟3.3：破斷塊體的長度L由極限彎曲狀態時的兩端固支梁的巖層載荷q與抗拉強度σ_t的關系求得，計算公式為：

聯立式(5)和(6)，就得到了層狀巖層豎向貫通裂縫的判別準則，為：

3.根據權利要求2所述的裂縫貫通巖層的判別方法，其特征在于：所述步驟3.2中端角處擠壓強度系數η＝0.3。

4.根據權利要求1所述的裂縫貫通巖層的判別方法，其特征在于：所述步驟2包括步驟2.1和步驟2.2；

步驟2.1：計算冒落帶碎脹高度h_p，冒落帶碎脹高度h_p由冒落帶高度H_k和冒落帶碎脹系數K_p確定，計算公式為：

h_p＝H_k﹙K_p-1﹚

步驟2.2：計算冒落帶上巖層卸荷膨脹量h_t，冒落帶上巖層卸荷膨脹量h_t由彈性膨脹系數K_t計算，設彈性膨脹區高度為H_t，則冒落帶上巖層卸荷膨脹量h_t計算公式為：

h_t＝H_t﹙K_t–1﹚

5.根據權利要求2所述的裂縫貫通巖層的判別方法，其特征在于：所述步驟2.1包括步驟2.1.1和步驟2.1.2；

步驟2.1.1：冒落帶高度H_k一般根據實測確定，當沒有實測數據時根據表1給出的公式計算；

表1冒落帶高度計算經驗公式

步驟2.1.2：冒落帶碎脹系數K_p可根據實驗室試驗結果得到，如表2所示，表中為塊體的直徑(mm)，從中可知，冒落帶碎脹系數K_p在1.1～1.3之間；

表2松散巖石(煤)碎脹系數