[發明專利]一種切眼外錯布置條件下頂板見方垮落步距的計算方法

在審

• 申請號: 202110143766.5
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112906208A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 郝曉琦;竇林名;張寅;韓剛;解嘉豪;曹京龍;靳俊曉;張翔;劉洋;王翰秋;李超;王淵;李俊營
• 申請（專利權）人: 中煤能源研究院有限責任公司;中國礦業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E21C41/18;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種切眼外錯布置條件下頂板見方垮落步距的計算方法，包括步驟：步驟一、明確相鄰工作面開切眼交錯布置，且區段煤柱為小煤柱，無法隔絕采動的影響作用；步驟二、確定工作面上方堅硬巖層的破斷步距l_m；步驟三、確定老頂的來壓步距l_d，若l_m＞l_d，則可進行下一步驟；步驟四、計算確定外錯工作面的步距x₁的大小，并最終通過公式五L＝x₁+x₂來求得頂板見方來壓時的步距大小，x₂為兩工作面外錯的距離。通過理論推導和圍巖結構的分析，基于礦井生產過程中所收集的現場數據，驗證結論的準確性，也為后續工作面在回采過程中求解頂板見方來壓破斷步距時提供有效理論支持。因此本發明對煤礦安全高效生產等方面都具有較大的現實意義。

技術領域

本發明屬于煤礦開采技術領域，具體涉及一種切眼外錯布置條件下頂板見方垮落步距的計算方法。

背景技術

在工作面回采過程中，當工作面的推進長度與采空區的寬度相一致時，位于采空區上方的堅硬頂板發生垮落，通常稱之為頂板見方垮落。而造成這一現象的主要原因是由于煤層開采挖后，其上覆圍巖運動和圍巖應力場的改變所導致。

基于“彈性板與鉸接板結構”的力學模型，可以將頂板巖層看作四周固支的薄板，從而找出薄板發生破斷的規律，并求解位于煤體上方頂板斷裂的位置，以及應力位于煤巖體中的變化特征。此外，對于覆巖空間結構和薄板結構模型，產生該現象的實質則是采空區上方某一關鍵層初次整體垮落，其形成頂板見方垮落的條件十分苛刻，需要各種因素同時滿足。

目前，在對多個工作面產生頂板見方垮落的分析多是基于兩個或多個工作面開切眼平齊的條件下進行的。但是由于地質條件、礦井設計等因素的影響，開切眼的位置存在外錯布置的情況，這也就造成對頂板見方的距離計算有一定的誤差。因而針對此類開采條件下頂板“見方”垮落步距計算的研究中，對于礦井的安全高效生產以及提高社會整體的經濟效益具有深刻的影響意義。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提供一種切眼外錯布置條件下頂板見方垮落步距的計算方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種切眼外錯布置條件下頂板見方垮落步距的計算方法，包括以下步驟：

步驟一、明確相鄰工作面開切眼交錯布置，且區段煤柱為小煤柱，無法隔絕采動的影響作用；

步驟二、確定工作面上方堅硬巖層的破斷步距l_m；

步驟三、確定老頂的來壓步距l_d；

當l_m＞l_d時，也即在老頂發生破斷前，工作面上方關鍵層尚未發生初次破斷，則工作面回采期間存在頂板見方垮落影響；

步驟四、求取工作面切眼外錯布置時頂板的垮落步距x₁。

本發明進一步的改進在于，步驟二中，通過公式一確定工作面上方堅硬巖層的破斷步距l_m；

式中：h表示堅硬頂板巖層的厚度，單位m；，μ表示巖石的泊松比；σ_s為堅硬頂板巖層抗拉強度，MPa；q為堅硬頂板巖層自重及其上覆載荷，Pa。

本發明進一步的改進在于，步驟三中，根據式二確定老頂的來壓步距l_d；

式中：h表示老頂巖層的厚度，單位m；，R_T表示巖石的抗拉強度；q為老頂巖層自重及其上覆載荷，Pa。

本發明進一步的改進在于，步驟四中，確定工作面外錯布置時頂板的垮落步距x₁包括如下步驟：