[發明專利]基于相似模擬的巨厚礫巖層離層量的計算方法

在審

• 申請號: 202111388803.5
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114154316A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 翟儼偉;翟新獻;趙曉凡;錢紅亮;肖同強;楊歲寒;劉勤裕
• 申請（專利權）人: 中國長江三峽集團有限公司;河南理工大學;河南大有能源股份有限公司耿村煤礦
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

1.基于相似模擬的巨厚礫巖層離層量的計算方法，其特征包括以下步驟：

S1、制作平面應力相似模擬試驗模型；

S2、進行巨厚礫巖層(1)下綜放開采相似模擬試驗；

S3、建立巨厚礫巖層(1)離層量計算力學模型；

S4、根據力學模型建立巨厚礫巖層(1)離層量計算公式；

通過以上步驟計算出礫巖層(1)離層量。

2.根據權利要求1所述的基于相似模擬的巨厚礫巖層離層量的計算方法，其特征是：在步驟S1中，制作平面應力相似模擬試驗模型的步驟為：

S11、根據綜放面綜合柱狀圖和巨厚礫巖層(1)等厚線圖，按照相似配比制作平面應力相似模擬模型；

S12、平面應力相似模擬模型底部設置固支邊，平面應力相似模擬模型兩側設置簡支邊，平面應力相似模擬模型頂部設置液壓千斤頂施加垂直應力；

S13、在相似模型的正面，在巨厚礫巖層(1)底部、中部和頂部，依次布置A觀測線(5)、B觀測線(6)、C觀測線(7)、D觀測線(8)，并在煤層上覆、巨厚礫巖層(1)下伏巖層(2)布置數條其他觀測線(9)；

S14、在A觀測線(5)、B觀測線(6)、C觀測線(7)、D觀測線(8)和其他觀測線(9)上設置多個觀測點。

3.根據權利要求2所述的基于相似模擬的礫巖層離層量的計算方法，其特征是：在步驟S11中，巨厚礫巖層間包括平行不整合接觸軟弱夾層，軟弱夾層將礫巖層分為上位礫巖層(101)和下位礫巖層(102)，根據礫巖層結構和礫巖層厚度發育特征，利用surfer軟件繪出井田礫巖層等厚線圖。

4.根據權利要求2所述的基于相似模擬的礫巖層離層量的計算方法，其特征是：

S11中制作平面應力相似模擬模型的煤巖層材料為砂子、碳酸鈣和石膏，硼砂作為緩凝劑，滑石粉模擬層理面，云母模擬層面。

5.根據權利要求1所述的基于相似模擬的礫巖層離層量的計算方法，其特征是：S2中進行巨厚礫巖層(1)下綜放開采相似模擬試驗，對煤層進行開采，利用全站儀測定各觀測站的觀測點的水平和垂直位移坐標。

6.根據權利要求5所述的基于相似模擬的礫巖層離層量的計算方法，其特征是：根據巨厚礫巖層下綜放開采相似模擬試驗，得出礫巖層離層量和離層區間長度分別與綜放面推進度關系，得出礫巖層離層速率和離層區間變化率分別與綜放面推進度之間的關系，得出巨厚礫巖層初次垮落和周期垮落垮落體的形狀特征。

7.根據權利要求6所述的基于相似模擬的礫巖層離層量的計算方法，其特征是：離層速率計算公式為：

離層區間變化率計算公式為：

式中，v_k為離層速率，H_i為離層階段末期的離層量；H₀為離層階段初期的離層量；L_i為離層階段末期的推進度；L₀為離層階段初期的推進度；v_L為離層區間變化率；S_i為離層階段末期的離層區間長度；S₀為離層階段初期的離層區間長度。

8.根據權利要求1所述的基于相似模擬的礫巖層離層量的計算方法，其特征是：根據巨厚礫巖層下綜放面相似模擬試驗結果，結合“關鍵層”和“厚板”理論計算，根據巨厚礫巖層變形移動和離層演化特征，建立了綜放開采巨厚礫巖層離層和斷裂力學模型。

9.根據權利要求1所述的基于相似模擬的礫巖層離層量的計算方法，其特征是：礫巖層離層計算力學模型從下到上依次為：綜放面割煤層(3)、綜放面放煤層(4)、多個巖層(2)、以及礫巖層(1)。

10.根據權利要求1所述的基于相似模擬的巨厚礫巖層離層量的計算方法，其特征是：巨厚礫巖層(1)離層量計算公式為：

式中，S為煤層上覆礫巖層最大離層量；M₀為綜放面割煤高度；M₁為綜放面放煤高度；η為頂煤放出率，70％≤η≤90％；K_M為頂煤殘余碎脹系數，1.04≤K_M≤1.06；h_i為煤層上覆第i層巖層厚度；K_i為煤層上覆第i層巖層的殘余碎脹系數；W_o為礫巖層初次斷裂時最大撓度。