多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法，对于多煤层开采上组煤开采阶段，煤层开采后在采空区会形成一个自由空间，对于多煤层开采下组煤开采阶段，由于上组煤已开采，顶板上方存在采空区，从下组煤煤层开始向上逐层计算自由空间高度；通过计算各岩层初次破断时工作面推进的距离，结合岩层极限破断距时的挠度值，通过对比岩层的自由空间高度值得出裂隙的发育高度；对比岩层的最大挠度和其下部自由空间，判断裂隙发育不再向上发展，对于下组煤开采，裂隙计算从下组煤顶板开始。将岩梁的极限挠度与自由空间联系起来，通过两者的关系即可判断裂隙高度发育的位置；充分考虑了中间岩层的影响，在多煤层下组煤开采条件下，使结果更加准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多煤层开采技术，尤其涉及一种多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法。
技术介绍
煤炭开采计算上覆岩层裂隙发育的目的是为了准确掌握上覆岩层移动规律，防止由于裂隙导水引发的突水事故，同时指导制定合理的瓦斯抽釆方案，从而达到最佳抽釆效果。一般计算裂隙发育高度的方法是根据“上三带”理论，利用经验公式计算。但是对于多煤层开采下组煤而言，由于上部煤层已采，“上三带”理论经验公式不再适用，中间岩层的厚度、岩性及硬岩所占比例在下组煤裂隙高度发育中起着至关重要的作用，因此需要用新的理论计算此条件下的顶板裂隙发育高度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结果更加准确的多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法，包括步骤：A、对于多煤层开采上组煤开采阶段，煤层开采后在采空区会形成一个自由空间，对于多煤层开采下组煤开采阶段，由于上组煤已开采，顶板上方存在采空区，从下组煤煤层开始向上逐层计算，则自由空间高度为：式中：ln为计算到第n层岩层时的自由空间总高度，m；M下为下组煤煤层采高，m；M上为上组煤煤层采高，m；hi为相应岩层的厚度，m；z为中间岩层总层数；ki为相应岩层的残余碎胀系数；B、顶板裂隙发育过程及高度的计算，首先通过计算各岩层初次破断时工作面推进的距离，结合岩层极限破断距时的挠度值，通过对比公式(1)计算出的岩层的自由空间高度值得出裂隙的发育高度，其中，岩层挠度计算中将岩层视为固支梁，则其最大挠度为：其中，将岩层截面视为矩形，则惯性矩In为：式中：ωn为第n层岩层可达到的最大挠度，m；qn为第n层岩层的均布载荷，kN/m；ln为第n层岩层的破断距，m；En为第n层岩层的弹性模量，kPa；In为第n层岩层的惯性矩，m4；an为第n层岩层截面的宽度，m；hn为第n层岩层的厚度，m；C、对比岩层的最大挠度和其下部自由空间，若有ωn≥ln，即第n层岩层的最大挠度大于等于其下部自由空间高度，则由于自由空间的限制岩层不会破坏，故裂隙带发育至n-1不再发育，裂隙发育至此不再向上发展；D、对于下组煤开采，裂隙计算从下组煤顶板开始，当n的取值在中间岩层内时，若有：则裂隙高度H为：当n的取值超过中间岩层厚度时，若有：则裂隙高度H为：式中：hi为相应岩层的厚度，m；H为裂隙发育高度，m。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法，将岩梁的极限挠度与自由空间联系起来，通过两者的关系即可判断裂隙高度发育的位置；充分考虑了中间岩层的影响，在多煤层下组煤开采条件下，使结果更加准确。附图说明图1为本专利技术实施例提供的多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法中多煤层开采条件下下组煤开采时，顶板裂隙高度发育示意图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术的多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法，其较佳的具体实施方式是：包括步骤：A、对于多煤层开采上组煤开采阶段，煤层开采后在采空区会形成一个自由空间，对于多煤层开采下组煤开采阶段，由于上组煤已开采，顶板上方存在采空区，从下组煤煤层开始向上逐层计算，则自由空间高度为：式中：ln为计算到第n层岩层时的自由空间总高度，m；M下为下组煤煤层采高，m；M上为上组煤煤层采高，m；hi为相应岩层的厚度，m；z为中间岩层总层数；ki为相应岩层的残余碎胀系数；B、顶板裂隙发育过程及高度的计算，首先通过计算各岩层初次破断时工作面推进的距离，结合岩层极限破断距时的挠度值，通过对比公式(1)计算出的岩层的自由空间高度值得出裂隙的发育高度，其中，岩层挠度计算中将岩层视为固支梁，则其最大挠度为：其中，将岩层截面视为矩形，则惯性矩In为：式中：ωn为第n层岩层可达到的最大挠度，m；qn为第n层岩层的均布载荷，kN/m；ln为第n层岩层的破断距，m；En为第n层岩层的弹性模量，kPa；In为第n层岩层的惯性矩，m4；an为第n层岩层截面的宽度，m；hn为第n层岩层的厚度，m；C、对比岩层的最大挠度和其下部自由空间，若有ωn≥ln，即第n层岩层的最大挠度大于等于其下部自由空间高度，则由于自由空间的限制岩层不会破坏，故裂隙带发育至n-1不再发育，裂隙发育至此不再向上发展；D、对于下组煤开采，裂隙计算从下组煤顶板开始，当n的取值在中间岩层内时，若有：则裂隙高度H为：当n的取值超过中间岩层厚度时，若有：则裂隙高度H为：式中：hi为相应岩层的厚度，m；H为裂隙发育高度，m。具体实施例：如图1所示，对于多煤层开采上组煤开采阶段，煤层开采后在采空区会形成一个自由空间。随着上覆岩层的逐渐垮落，这个自由空间也会逐渐上移。由于岩石的碎胀性，这个自由空间的高度也逐渐缩小。对于多煤层开采下组煤开采阶段，由于上组煤已开采，顶板上方存在采空区，从下组煤煤层开始向上逐层计算，则自由空间高度为：式中：ln为计算到第n层岩层时的自由空间总高度，m；M下为下组煤煤层采高，m；M上为上组煤煤层采高，m；hi为相应岩层的厚度，m；z为中间岩层总层数；ki为相应岩层的残余碎胀系数。顶板裂隙发育过程及高度的计算，首先通过计算各岩层初次破断时工作面推进的距离，结合岩层极限破断距时的挠度值，通过对比公式(1)计算出的岩层的自由高度值得出裂隙的发育高度。其中，岩层挠度计算中将岩层视为固支梁，可知其最大挠度为：其中，将岩层截面视为矩形，则惯性矩In为：式中：ωn为第n层岩层可达到的最大挠度，m；qn为第n层岩层的均布载荷，kN/m；ln为第n层岩层的破断距，m；En为第n层岩层的弹性模量，kPa；In为第n层岩层的惯性矩，m4；an为第n层岩层截面的宽度，m；hn为第n层岩层的厚度，m。对比岩梁的最大挠度和其下部自由空间，若有ωn≥ln，即第n层岩层的最大挠度大于等于其下部自由空间高度，则由于自由空间的限制岩层不会破坏，故裂隙带发育至n-1不再发育。裂隙发育至此不再向上发展。对于下组煤开采，裂隙计算从下组煤顶板开始，当n的取值在中间岩层内时，若有：则裂隙高度H为：当n的取值超过中间岩层厚度时，若有：则裂隙高度H为：式中：hi为相应岩层的厚度，m；H为裂隙发育高度，m。与现有技术相比，采用本专利技术所述理论方案，可以达到以下技术效果:1、将岩梁的极限挠度与自由空间联系起来，通过两者的关系即可判断裂隙高度发育的位置。2、充分考虑了中间岩层的影响，在多煤层下组煤开采条件下，使结果更加准确。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法，其特征在于，包括步骤：A、对于多煤层开采上组煤开采阶段，煤层开采后在采空区会形成一个自由空间，对于多煤层开采下组煤开采阶段，由于上组煤已开采，顶板上方存在采空区，从下组煤煤层开始向上逐层计算，则自由空间高度为：式中：ln为计算到第n层岩层时的自由空间总高度，m；M下为下组煤煤层采高，m；M上为上组煤煤层采高，m；hi为相应岩层的厚度，m；z为中间岩层总层数；ki为相应岩层的残余碎胀系数；B、顶板裂隙发育过程及高度的计算，首先通过计算各岩层初次破断时工作面推进的距离，结合岩层极限破断距时的挠度值，通过对比公式(1)计算出的岩层的自由空间高度值得出裂隙的发育高度，其中，岩层挠度计算中将岩层视为固支梁，则其最大挠度为：ωn=5qnln4384EnIn---(2)]]>其中，将岩层截面视为矩形，则惯性矩In为：In=an2hn12---(3)]]>式中：ωn为第n层岩层可达到的最大挠度，m；qn为第n层岩层的均布载荷，kN/m；ln为第n层岩层的破断距，m；En为第n层岩层的弹性模量，kPa；In为第n层岩层的惯性矩，m4；an为第n层岩层截面的宽度，m；hn为第n层岩层的厚度，m；C、对比岩层的最大挠度和其下部自由空间，若有ωn≥ln，即第n层岩层的最大挠度大于等于其下部自由空间高度，则由于自由空间的限制岩层不会破坏，故裂隙带发育至n‑1不再发育，裂隙发育至此不再向上发展；D、对于下组煤开采，裂隙计算从下组煤顶板开始，当n的取值在中间岩层内时，若有：则裂隙高度H为：H=Σi=1n-1hin<z+1---(4)]]>当n的取值超过中间岩层厚度时，若有：则裂隙高度H为：H=Σi=1n-1hin>z+1---(5)]]>式中：hi为相应岩层的厚度，m；H为裂隙发育高度，m。...

【技术特征摘要】
1.一种多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法，其特征在于，包括步骤：A、对于多煤层开采上组煤开采阶段，煤层开采后在采空区会形成一个自由空间，对于多煤层开采下组煤开采阶段，由于上组煤已开采，顶板上方存在采空区，从下组煤煤层开始向上逐层计算，则自由空间高度为：式中：ln为计算到第n层岩层时的自由空间总高度，m；M下为下组煤煤层采高，m；M上为上组煤煤层采高，m；hi为相应岩层的厚度，m；z为中间岩层总层数；ki为相应岩层的残余碎胀系数；B、顶板裂隙发育过程及高度的计算，首先通过计算各岩层初次破断时工作面推进的距离，结合岩层极限破断距时的挠度值，通过对比公式(1)计算出的岩层的自由空间高度值得出裂隙的发育高度，其中，岩层挠度计算中将岩层视为固支梁，则其最大挠度为：ωn=5qnln4384EnIn---(2)]]>其中，将岩层截面视为矩形，则惯性矩In为：In=an2hn1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杨，张康宁，王华群，朱恩光，杨大鹏，苏继敏，曹鹏，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11