【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工作面顶板支护，尤其涉及一种软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法。
技术介绍
1、部分地区的煤矿大多为薄煤层开采，在软基岩开采条件下，矿井往往地质条件复杂，工作面规模小，开采压力大，水、气等灾害频发。因此软基岩薄煤层工作面回采过程中顶板的稳定性成为当下研究热点。
2、有关顶板活动规律方面，国内外研究学者进行大量的探索，现已形成较为完善的理论与假说包括：压力拱假说、悬臂梁假说、铰接岩块假说、预成裂隙假说等。砌体梁理论是基于现有的假说基础上提出的，中国工程院院士钱鸣高教授借助现场大量实测数据研究工作面上覆岩层发生破断后岩块间的咬合方式以及及平衡条件，得出砌体梁结构失稳形式主要包括滑落失稳(s型)和回转变形(r型)两种。合理的阐述了工作面开采过程中矿压显现规律，为矿压显现控制及支护奠定了坚实的理论基础。
3、关键层理论认为采场上覆岩层活动过程中，存在一层或者多层岩性坚硬且厚度较大的岩层可以起到控制作用。根据关键层破坏后上覆岩层的局部坍塌或整个岩层的坍塌，分为亚关键层和主关键层。
4、现有技术中，主要集中于坚硬顶板、浅埋煤层工作面等方面的顶板问题研究，但是无法解决在软基岩薄煤层顶板复合关键层开采条件下判断顶板是否失稳及失稳类型的问题。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，以解决上述现有技术中存在的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种软基岩薄煤层顶板复合关键层破断
3、构建软基岩薄煤层顶板复合关键层的顶板力学模型，其中所述顶板力学模型包括第一岩块和第二岩块；
4、基于所述顶板力学模型，得到第一力学方程；
5、基于所述顶板力学模型的坐标轴受力情况，得到第二力学方程；
6、对所述第二岩块进行分析，得到第三力学方程；
7、基于第一力学方程、第二力学方程和第三力学方程，计算得到力学参数；
8、根据顶板失稳理论，得到顶板失稳的满足条件；
9、基于所述力学参数和所述满足条件，计算得到临界支护强度，基于临界支护强度，得到顶板失稳的判断结果。
10、优选地，第一力学方程为：
11、
12、其中，lz为控顶区范围，qz为支架支护强度，l为周期来压步距，h为模型高度，p2为b块受上覆岩层的作用力p0和膨胀压力p1之和，r2为b收到采空区作用力，tb为b块受到采空区后方矸石的横向作用力，w1、w2分别为ab块顶板下沉量，qb为b块所受摩擦力，a块为第一岩块，b块为第二岩块。
13、优选地，得到第二力学方程的过程包括：
14、基于所述顶板力学模型的坐标轴受力情况，分别令横纵坐标受力为0，得到得到第二力学方程；
15、其中所述第二力学方程为：
16、
17、其中，td为a块受到前方岩层的横向作用力，tf为a块受到下方岩层的支撑力。
18、优选地，第三力学方程为：
19、
20、其中，l为周期来压步距，p2为b块受上覆岩层的作用力p0和膨胀压力p1之和，r2为b收到采空区作用力；tb为b块受到采空区后方矸石的横向作用力；w1、w2分别为ab块顶板下沉量；qb为b块所受摩擦力。
21、优选地，所述力学参数包括第一力学参数、第二力学参数和第三力学参数。
22、优选地，所述顶板滑落失稳的满足条件为：
23、
24、其中，为岩块间的摩擦系数，td为a块受到前方岩层的横向作用力，tf为a块受到下方岩层的支撑力。
25、优选地，计算得到临界支护强度之前还包括：
26、获取第一岩块的膨胀压力，基于所述膨胀压力计算得到软基岩范围值；
27、基于软基岩范围值，计算得到断裂基本顶的随动荷载值；
28、基于所述随动荷载值，计算得到临界支护强度。
29、优选地，所述随动荷载值的计算公式：
30、
31、其中，l为周期来压步距，h1为直接顶厚度，α1、α2分别为直接顶、基本顶断裂角，k为动载系数，γ为上覆岩体容重，γz为基本顶容重，hz为基本顶厚度。
32、优选地，所述临界支护强度的计算公式为：
33、
34、其中，为岩块间的摩擦系数，h为模型高度，lz为控顶区范围，θ1为岩块回转角度。
35、优选地，得到顶板失稳的判断结果的过程包括：
36、获取软基岩薄煤层复合关键层的极限支护强度，将所述极限支护强度与所述临界支护强度进行比较，若所述极限支护强度小于所述临界支护强度，则顶板滑落失稳且工作面发生压架，否则顶板不滑落失稳。
37、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
38、本专利技术提供了一种软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，具体研究了软基岩薄煤层复合关键层开采条件下顶板围岩活动规律，构建了软基岩薄煤层复合关键层的顶板力学模型，通过顶板力学模型，得到第一力学方程，其中在第一力学方程中考虑到部分具有吸水性的岩石会吸水膨胀产生膨胀压力，会给受力平衡后的关键岩层再施加一个膨胀压力。本专利技术的技术方案，在软基岩薄煤层复合关键层开采条件下能够准确判断顶板是否失稳，同时还能得到准确的失稳类型。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，包括以下步骤：构建软基岩薄煤层顶板复合关键层的顶板力学模型，其中所述顶板力学模型包括第一岩块和第二岩块；
2.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，第一力学方程为：
3.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，得到第二力学方程的过程包括：
4.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，第三力学方程为：
5.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，所述力学参数包括第一力学参数、第二力学参数和第三力学参数。
6.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，所述顶板失稳的满足条件为：
7.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，计算得到临界支护强度之前还包括：
8.根据权利要求7所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特
9.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，所述临界支护强度的计算公式为：
10.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，得到顶板失稳的判断结果的过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，包括以下步骤：构建软基岩薄煤层顶板复合关键层的顶板力学模型，其中所述顶板力学模型包括第一岩块和第二岩块；
2.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，第一力学方程为：
3.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，得到第二力学方程的过程包括：
4.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，第三力学方程为：
5.根据权利要求1所述的软基岩薄煤层顶板复合关键层破断失稳判定方法，其特征在于，所述力学参数包括第一力学参数、第二力学...
【专利技术属性】
技术研发人员：李季，吴洁琪，陈朝森，董继辉，郑英建，陈忠，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。