一种预判煤层开采导致厚硬覆岩断裂的方法技术

技术编号:14137450 阅读:118 留言:0更新日期:2016-12-10 10:33
本发明专利技术公开了一种预判煤层开采导致厚硬覆岩断裂的方法,针对煤矿采空区覆岩中厚硬岩层断裂问题,在考虑影响采空区上覆厚硬岩层稳定性的多种因素基础上,建立采空区上覆厚硬岩层在采空区影响下发生脆性断裂的力学模型,并推导厚硬岩层发生脆性断裂的判断依据,对预防由煤层开采引起的厚硬覆岩层脆性断裂诱发的相关灾害具有重要的安全意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种预判煤层开采导致厚硬覆岩断裂的方法,尤其是一种可以在煤层设计开采工作面时可以预先判断煤炭资源的采出能否导致厚硬覆岩层发生脆性断裂,从而预防矿震、含水层突水、地表裂缝等灾害的发生。
技术介绍
巨厚硬岩层在我国多个煤矿区均有分布,产状连续的巨厚岩层,例如:巨厚砂岩层、巨厚火成岩层等均具有硬度大、强度高、岩性较好的特点,在采空区动影响到这些厚硬岩层时表现为不易变形、对其上部岩层具有一定的支撑保护作用,但当厚硬岩层受到的采空区影响达到其承受极限时会发生脆性断裂,断裂前后形成覆岩变形和能量的“积蓄—突放”过程,具有明显的滞后性、突发性,而这一瞬间完成的能量及变形释放过程极易导致矿震、含水层突水、地表裂缝等灾害的发生。如何能够在顾及影响采空区上覆厚硬岩层稳定性的多种因素基础上建立相应的计算模型,并推导厚硬岩层发生脆性断裂的判断依据,对预防由煤层开采引起的厚硬覆岩层脆性断裂诱发的相关灾害具有重要的安全意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中尚未解决的技术问题,提供一种预判煤层开采导致厚硬覆岩断裂的方法。在顾及影响采空区上覆厚硬岩层稳定性的多种因素基础上建立相应的计算模型,并推导厚硬岩层发生脆性断裂的判断依据,对预防由煤层开采引起的厚硬覆岩层脆性断裂诱发的相关灾害具有重要的安全意义。本专利技术的技术方案是:地下矿产资源采出后形成采空区,采空区覆岩在重力作用下向采空区方向移动。当采空区的影响发展至厚硬岩层下部时,厚硬岩层下部岩层下陷造成了厚硬岩层悬空。厚硬岩层在上部岩层压力和自身重力的作用下形成上部受压而下部受拉的应力状态。煤炭开采工作面布置在厚硬岩层正下方的模型设计为:采空区覆岩中有产状连续且厚度较大的厚硬岩层存在,煤层开采从厚硬岩层覆盖范围内开切,将厚硬岩层抽象为矩形块状受力物体,沿煤层开采走向剖面图如附图1所示。厚硬岩层发生断裂前,截面AB上各点的应力—应变状态为线弹性:B点受到拉应力作用,δB=E·εB,A点受到压应力作用,δA=E·εA,A点和B点中间存在一个既不受压也不受拉的中性点O,由于中性轴必通过横截面的形心,所以O点位于AB的中点处。在AB线上与O点距离为y的点受到的应力为δy=E·εy,厚硬岩层自身重力及其上部岩体的压力在厚硬岩层上形成的力矩为: M = ∫ 0 x ( Σ i = 1 n γ i h i a m 2 - ∫ 0 x Σ i = 1 n γ i h i a d x ) d x = Σ i = 1 n γ i h i a m 2 x - Σ i = 1 n γ i h i a 2 x 2 - - - ( 1 ) ]]>式中,a为厚硬岩层宽度,m;γi为厚硬岩层及其上部岩层的容重,N/m3;hi为岩层厚度,m;L为厚硬岩层悬空长度,m。厚硬岩层悬空部分中间位置处的力矩为: M L 2 = Σ i = 1 n γ i h i a m 2 L 2 - Σ i = 1 n γ i h i a 2 L 4 2 = Σ i = 1 n γ i h i aL 2 8 - - - 本文档来自技高网...
一种预判煤层开采导致厚硬覆岩断裂的方法

【技术保护点】
一种预判煤层开采导致厚硬覆岩断裂的方法,其特征在于,当煤炭开采工作面布置在厚硬岩层正下方时,允许采空区影响范围波及到的厚硬岩层最大悬空长度为:当煤炭开采工作面布置在厚硬岩层边缘区域,且开切眼位于厚硬岩层覆盖区域外部,允许采空区影响范围波及到的厚硬岩层最大悬空长度为:

【技术特征摘要】
1.一种预判煤层开采导致厚硬覆岩断裂的方法,其特征在于,当煤炭开采工作面布置在厚硬岩层正下方时,允许采空区影响范围波及到的厚硬岩层最大...

【专利技术属性】
技术研发人员:张树东
申请(专利权)人:辽宁工程技术大学
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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