[發明專利]一種采動地裂縫預測方法有效
| 申請號： | 202110269525.5 | 申請日： | 2021-03-12 |
| 公開（公告）號： | CN113006869B | 公開（公告）日： | 2023-07-25 |
| 發明（設計）人： | 楊俊哲;郭洋楠;潘金;楊英明 | 申請（專利權）人： | 神華神東煤炭集團有限責任公司 |
| 主分類號： | E21F17/00 | 分類號： | E21F17/00 |
| 代理公司： | 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012 | 代理人： | 耿蕾 |
| 地址： | 719315 陜西省榆林*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 裂縫 預測 方法 | ||
本發明公開一種采動地裂縫預測方法，包括：獲取開采地區巖層產狀尺度信息和巖土介質特性，得出開采地區的原巖初始結構；確定開采地區的開采因素；根據開采地區的原巖初始結構和開采因素分析開采擾動對松散層的影響，確定每次來壓時松散層拱承載結構跨度和松散層拱承載結構拱高；根據所獲得的松散層拱承載結構跨度和松散層拱承載結構拱高，確定松散層拱梁結構上邊界最大拉應力；根據松散層極限抗拉強度與松散層拱梁結構上邊界最大拉應力，對松散層拱梁結構穩定性進行判定，若拱梁結構失穩破裂，則判斷地表首條裂縫形成。本發明給出了拱梁結構穩定性判據，提高對礦區地表裂縫排查的準確性以便進行及時的災害防治。
技術領域
本發明涉及煤礦開采相關技術領域，特別是一種采動地裂縫預測方法。
背景技術
淺埋厚松散層薄基巖下煤層開采過程中，地表厚松散層(主要為砂土層)垮落重量并非瞬間全部作用于老頂關鍵塊，存在“松散層拱”承載結構。松散層拱結構對上覆巖土層發揮承載作用，進而影響著地表裂縫的發育及分布規律。目前，針對煤炭開采地表裂縫位置預測的研究較多，但是考慮松散層拱承載作用的研究卻很少。
一部分現有技術雖然建立了松散層拱條件下關鍵塊穩定性力學模型，揭示了松散層拱對采動覆巖穩定性的影響規律，但并未研究松散層拱結構承載作用對地表裂縫的影響。
另一部分現有技術等通過建立厚砂土層拱梁結構力學模型，得出了拱梁內的應力分量，但缺乏實際可操作性，并未明確松散層拱結構的形態方程。
發明內容
基于此，有必要針對現有技術無法進行厚松散層薄基巖條件下采動地裂縫預測的技術問題，提供一種采動地裂縫預測方法。
本發明提供一種采動地裂縫預測方法，包括：
獲取開采地區巖層產狀尺度信息和巖土介質特性，得出開采地區的原巖初始結構，所述原巖初始結構包括所述巖層產狀尺度信息和所述巖土介質特性；
確定開采地區的開采因素；
根據開采地區的原巖初始結構和開采因素分析開采擾動對松散層的影響，確定每次來壓時松散層拱承載結構跨度和松散層拱承載結構拱高；
根據所獲得的松散層拱承載結構跨度和松散層拱承載結構拱高，確定松散層拱梁結構上邊界最大拉應力；
根據松散層極限抗拉強度與松散層拱梁結構上邊界最大拉應力，對松散層拱梁結構穩定性進行判定，若拱梁結構失穩破裂，則判斷地表首條裂縫形成。
進一步地，所述巖層產狀尺度包括巖土層的厚度和埋深。
進一步地，所述巖土介質特性包括松散層容重γ、松散層內摩擦角φ、松散層內聚力C、松散層砂土密度ρ。
更進一步地，所述開采因素包括煤層工作面基巖破斷角α、推進距離L、初次來壓步距Lf、周期來壓步距Lp，來壓次數n，其中，L＝Lf+(n-1)Lp。
再進一步地，所述松散層拱承載結構跨度ln為：
ln＝Lf+(n-1)Lp-2ΣM·cotα，式中，∑M為基巖層厚度，α為基巖層破斷角。
再進一步地，所述松散層拱承載結構拱高hn為：
其中，hn+Hn＝ΣH；
式中，Hn為工作面來壓時松散層拱上覆填土層厚度，∑H為松散層厚度。
再進一步地，所述松散層拱梁結構上邊界最大拉應力為：
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