[發明專利]一種巨厚巖層賦存條件煤礦的開采設計方法

在審

• 申請號: 202210855464.5
• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115163068A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 張明;劉同達;王德振;楊世紀;常春鋒;曹建來;宋曉彪;李艷杰;孫亞鵬;鞏寧
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 李寧

1.一種巨厚巖層賦存條件煤礦的開采設計方法，其特征在于：包括：

步驟一：

A、基于巨厚巖層破斷理論計算極限采出條帶寬度

依據已有的研究結果和開采實踐建立采空區寬度a與巨厚巖層懸露跨度L之間的關系，通過理論分析和工程類比方法得到巨厚巖層在采空區寬度方向上破斷的極限跨度L₀，再根據極限跨度L₀與上述a與L之間的關系推算出極限采空區寬度a；

B、基于巨厚巖層撓曲與地面變形計算極限采出條帶寬度

根據材料力學理論，分析采空寬度a與地面變形值之間的關系，分析采空寬度a的取值需保證地面變形值在安全變形值，當地面變形值取安全變形值時根據兩者之間的關系計算極限采空寬度a；

對比步驟A和步驟B中所計算出的極限采空寬度a的值并取兩者的最小值作為采空寬度a的最大值；

步驟二：

綜合覆巖空間結構特征及其運動的時間效應，采空區寬度為a時，分析采空區上方不同范圍內的巖層對煤柱的載荷傳遞類型，劃分煤柱所承受的載荷來源與靜態應力大小，并分析煤柱保持靜態穩定性的基本條件，以此計算出煤柱的最小寬度b，煤柱為孤島煤柱。

2.根據權利要求1所述的巨厚巖層賦存條件煤礦的開采設計方法，其特征在于：

步驟A中采空區寬度a與巨厚巖層懸露跨度L₀之間的關系式為

a＝L₀/n_i+2h₁cotα

式中，α為巨厚巖層下方的巖層破裂擴展角(°)，L₀為巨厚巖層在采空區寬度方向上破斷的極限跨度(m)，h₁為煤層與巨厚巖層之間的距離或高度(m)，n_i為安全系數，n_i＞1，n_i取值大小至少需要綜合地面保護設施的安全等級、敏感程度以及巨厚巖層的厚度大小、節理發育和距煤層高度特征參數確定。

3.根據權利要求2所述的巨厚巖層賦存條件煤礦的開采設計方法，其特征在于：

通過理論分析和工程類比的方法，得到在上覆載荷q＝γh₃作用下巨厚巖層在采空區寬度方向上破斷的極限跨度L₀，其中γ為上覆巖層容重，h₃為巨厚巖層與地表之間的距離或高度(m)。

4.根據權利要求1所述的巨厚巖層賦存條件煤礦的開采設計方法，其特征在于：

所述步驟B中地面變形值至少包括地面傾斜值、地面變形曲率和地面水平變形值，所述地面傾斜值、所述地面變形曲率和所述地面水平變形值均需要在安全變形值范圍內。

5.根據權利要求4所述的巨厚巖層賦存條件煤礦的開采設計方法，其特征在于：

所述步驟B中所分析出的采空區寬度a的計算公式為

且

式中：E為巨厚巖層所形成巖梁的彈性模量；I為巨厚巖層巖梁的截面慣性矩；設變形安全值允許的地面傾斜值和地面變形曲率分別為[i₀]、[k₀]，設破斷運動之前的巨厚巖層與地面的傾斜和地面變形曲率聯動影響系數分別為t_i和v_k，其中0≤t_i≤1、0≤v_k≤1，表示的物理意義是地面變形與巨厚巖層變形的同步性大小，主要與巨厚巖層力學特征、上覆巖層厚度與巖層特征以及采空區寬度有關，根據現場觀測統計或工程類比的方法確定。