[發明專利]一種基于拱結構發育的綜合巖性確定方法及其應用

在審

• 申請號: 202310198443.5
• 申請日: 2023-03-01
• 公開（公告）號: CN116163722A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 閻躍觀;戴華陽;張琰君;朱元昊;張學奇;蔡金池
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;G06F17/13;G06F17/15;E21B49/02
• 代理公司: 北京冠榆知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11666
• 代理人: 孟培

1.一種基于拱結構發育的綜合巖性確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟(1)：以工作面開采是否充分進行劃分，計算煤炭不同開采階段對應的拱結構軌跡方程，計算拱結構閉合形成的面積S_g；

步驟(2)：在工作面主斷面布設觀測線并定期觀測，依據實測數據，繪制地表走向主斷面的下沉曲線，將地表下沉曲線分為多個截面，基于微分思想，計算地表下沉曲線閉合形成的面積S_d；

步驟(3)：計算損傷體積比α；

步驟(4)：給出損傷體積比臨界值，確定覆巖綜合巖性。

2.根據權利要求1所述的基于拱結構發育的綜合巖性確定方法，其特征在于，步驟(1)中，當工作面處于非充分開采時，即L＜L_c，拱結構軌跡方程為：

當工作面處于充分開采時，即L≥L_c，拱結構軌跡方程分為以下兩種情況：

①當時，拱結構軌跡方程為：

②當時，拱結構軌跡方程為：

y＝h_c??????????????????????????????????????????????(4)；

公式(1)、公式(2)和公式(3)中：

L_c＝(1.2～1.4)H，H為平均采深，m；L為工作面推進距離，m；S_L為拱結構內側距煤壁距離，m；h為拱結構的高度，m；h_c為基巖高度，m。

3.根據權利要求2所述的基于拱結構發育的綜合巖性確定方法，其特征在于，步驟(1)中，拱結構內側距煤壁距離S_L的計算公式為：

拱結構高度h通過下面公式求得：

公式(5)和公式(6)中：M為煤層厚度，m；K為經驗系數，取值0.05～1。

4.根據權利要求1所述的基于拱結構發育的綜合巖性確定方法，其特征在于，步驟(1)中，計算拱結構閉合形成的面積S_g時：

①當工作面處于非充分開采時，即L＜L_c，拱結構閉合形成的面積為：

②當工作面處于充分開采時，即L≥L_c，拱結構閉合形成的面積為：

公式(7)和公式(8)中：L_c＝(1.2～1.4)H，H為平均采深，m；L為工作面推進距離，m；h_c為基巖高度，m；M為煤層厚度，m；K為經驗系數，取值0.05～1。

5.根據權利要求1所述的基于拱結構發育的綜合巖性確定方法，其特征在于，步驟(2)中，依據實測數據，繪制地表走向主斷面的下沉曲線，擬合下沉曲線函數為：

y＝f(x)?????????????????????????????????????????????(9)；

基于微分思想，得到地表下沉曲線閉合形成的面積S_d為：

公式(9)和公式(10)中，y為地表下沉值，mm；x為地表觀測線的水平距離，m；△x為地表下沉曲線平底部分長度，m；W_max為地表最大下沉值，mm；L_c＝(1.2～1.4)H，H為平均采深，m；L為工作面推進距離，m。

6.根據權利要求1所述的基于拱結構發育的綜合巖性確定方法，其特征在于，步驟(3)中，損傷體積比α的計算公式為：

S_c＝LM?(12)；

公式(11)和公式(12)中：S_c為采空區面積；S_d為地表下沉曲線閉合形成的面積；S_g為拱結構閉合形成的面積；L為工作面推進距離，m；M為煤層厚度，m。