1.一种采动覆岩可积水离层位置判别方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步、根据工作面进尺及岩层破断角圈定可发育离层范围;
第二步、基于组合梁原理,根据岩层层厚、弹性模量和容重对可发育离层范围内的覆岩进行岩层组合划分,判别可发育离层的位置,并确定可发育的离层长度;
第三步、根据工作面进尺、开采煤层厚度、岩层破断角、步骤二可发育离层层位的判别结果及岩层物理力学参数,进一步判定导水裂隙带以上稳定离层的层位;
第四步、据步骤三中稳定离层层位的判别结果,并结合其与周边含隔水层的相对位置关系,综合判定可形成积水离层的层位;
其中,第一步中,离层发育范围为覆岩前后破断线和工作面进尺圈定的三角形,离层发育范围高度的计算公式为:
式中:H为离层发育范围高度,单位为m;L为工作面进尺,单位为m;α1、α2为岩层前后破断角度;
第二步中确定可发育的离层层位和长度的步骤如下:①、对可发育离层范围高度内的岩层从下至上依次编号1、2、...、n;计算n层岩层以组合梁形式同步变形时,最底层岩层即组合梁第1层的实际承受的载荷(qn)1;
式中:Ei为第i层岩层的岩性模量,单位为MPa;hi为第i层岩层厚度,单位为m;γi为第i3
层岩层容重,单位为kN/m;
②、若步骤①的计算结果满足(qm)1=max((q1)1,(q2)1,…,(qn)1),且1≤m
③、将第m+1层岩层作为组合梁第一层,重新对m层以上的岩层自下向上依次编号,重复步骤①②,并自下向上对岩层组依次编号为#1、#2、...、#n,各岩层组之间的接触面即为离层发育的位置;
④、若步骤①或③的计算结果满足(qn)1=max((q1)1,(q2)1,…,(qn)1),则判定1号岩层至n号岩层无离层产生,1~n层岩层划分为同一岩层组;
⑤、根据公式l=L‑Hs(cotα1+cotα2)计算各可发育的离层长度,式中:l为可发育的离层长度,单位为m;L为工作面进尺,单位为m;Hs为可发育的离层位置距煤层的距离,即可发育的离层高度,单位为m;
第三步中,进一步判别导水裂隙带以上稳定离层的层位,步骤如下:①、根据下列离层量函数hs(l),反算离层量hs(l)=0时的离层横向尺寸ls;
其中:
式中:Δi为第i层岩组下部的自由空间,单位为m;M为开采煤层厚度,单位为m;hj是第j层岩组的厚度,单位为m;λj为第j层岩组的残余碎胀系数,无因次;q上、q下为上下位岩组自
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重,单位为N/m ;E上I上为上位岩组的抗弯刚度,单位为N·m ;k为地基系数,单位为kN/m ;
及 均为克雷洛夫函数;
②、比较第二步中确定的可发育的离层长度l和离层极限长度ls的大小:若l
③、自下而上依次对所有离层重复上述步骤①②,直至某一可发育的离层长度l大于该离层极限长度ls,此时判定该离层及其之上的离层存在。
2.根据权利要求1所述的采动覆岩可积水离层位置判别方法,其特征在于,第四步中,判定可形成积水离层层位的步骤如下:①、判别离层是否为稳定离层;
②、判别稳定离层周围是否存在可对离层空间进行补给的水源;
③、离层与导水裂隙带之间是否具有相对隔水层;
④、当①和②和③的条件均满足时,则判断该离层可形成积水离层;当①或者②或者③三个条件任一条件不满足时,则判定该离层不可形成积水离层。
3.根据权利要求2所述的采动覆岩可积水离层位置判别方法,其特征在于,③步骤中的封闭离层为完整或有自愈能力的泥岩、砂质泥岩。