[發(fā)明專利]基于上保護(hù)層下伏關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的煤巖體卸壓效應(yīng)預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310361457.4
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116401869A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉彥偉;韓紅凱;左偉芹;史燦;何艷艷;賈浩杰;石釗旗
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/13;G06F17/12;G06F119/14
• 代理公司: 北京智宇正信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11876
• 代理人: 李明卓

1.基于上保護(hù)層下伏關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的煤巖體卸壓效應(yīng)預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，沿保護(hù)層工作面的平剖面，定義沿保護(hù)層工作面回采方向為x軸，沿切眼長度方向為y軸，開切眼起始位置為坐標(biāo)原點；

S2，判別下伏巖層關(guān)鍵層分布，定義關(guān)鍵層由上至下依次為關(guān)鍵層i，1≤i≤n,i∈N⁺；

S3，將關(guān)鍵層簡化為多層疊合彈性地基薄板，建立考慮上保護(hù)層下伏關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的煤巖體卸壓效應(yīng)預(yù)測模型；

S4，建立下伏不同層位關(guān)鍵層i的多層疊合薄板撓度偏微分方程組，見式(1)

式中，w_i(x,y)為下伏不同層位關(guān)鍵層i的撓曲線方程，m；k_i為下伏不同層位關(guān)鍵層i的地基系數(shù)，N/m³；q_i為下伏不同層位關(guān)鍵層i及其載荷層的自重，Pa，當(dāng)i＝1時，q₁為下伏關(guān)鍵層1及其與上保護(hù)層間煤巖層自重；D_i為下伏不同層位關(guān)鍵層i的彎曲剛度，N·m；σ₀(x,y)為上保護(hù)層采場支承壓力平面分布方程，Pa；

S5，確定邊界條件；

S6，根據(jù)Winkler彈性地基板撓度、轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，利用邊界條件，對式(1)進(jìn)行求解，計算出下伏不同層位關(guān)鍵層i的撓曲線方程w_i(x,y)，減去開采前因初始垂直地應(yīng)力引起的地層初始壓縮量，得出上保護(hù)層開采引起的下伏不同層位關(guān)鍵層i的撓曲線方程，見式(4)

d_i(x,y)＝w_i(x,y)-T_i?(1≤i≤n,i∈N⁺)???(4)

式中，d_i(x,y)為上保護(hù)層開采引起的下伏不同層位關(guān)鍵層i的撓曲線方程，m；T_i為下伏不同層位關(guān)鍵層i因初始垂直地應(yīng)力引起的地層初始壓縮量，m，等于(q₀+Q_i)/k_i至(q₀+Q_n)/k_n之和；Q_i為q₁至q_i之和，代表下伏不同層位關(guān)鍵層i及其與上保護(hù)層間煤巖層自重，Pa；q₀為上保護(hù)層的初始垂直地應(yīng)力，Pa；

S7，根據(jù)Winkler彈性地基薄板撓度、載荷和地基系數(shù)間的關(guān)系，確定上保護(hù)層開采下伏不同層位關(guān)鍵層i下的采動應(yīng)力平面分布方程，見式(6)

式中，σ_i(x,y)為下伏不同層位關(guān)鍵層i下的采動應(yīng)力平面分布方程，Pa。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巖體卸壓效應(yīng)預(yù)測方法，其特征在于，還包括如下步驟：

S8，確定底板煤巖體膨脹變形量平面分布方程，見式(7)

式中，F(xiàn)_i(x,y)為關(guān)鍵層i-1與關(guān)鍵層i之間煤巖體膨脹變形量平面分布方程，‰；當(dāng)i＝1時，F(xiàn)_i(x,y)表示上保護(hù)層與關(guān)鍵層1之間煤巖體膨脹變形量平面分布方程，‰；k₀為上保護(hù)層與關(guān)鍵層1之間煤巖體的地基系數(shù)，N/m³；d_i-1(x,y)、d_i(x,y)分別為上保護(hù)層開采引起的關(guān)鍵層i-1和關(guān)鍵層i的撓曲線方程，m；H₀為上保護(hù)層與關(guān)鍵層1的層間距，m；H_i-1為關(guān)鍵層i-1與關(guān)鍵層i的層間距，m。