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专利号: 2022107871934
申请人: 河南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤层覆岩离层突水灾害判定方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、收集煤层开采、上覆岩层的水文地质数据及上覆岩层的物理力学参数;

S2、分析是否具备离层形成前提条件,包括相邻岩层挠度差的存在,上岩层的稳定性、富水性以及下岩层的变形能力;

上岩层的稳定性用σ1、σ2计算,下岩层的变形能力用下岩层的挠度ω下岩板表示;

离层形成的首要条件,即离层下岩层的弯曲挠度大于上岩层的挠度值,如式(1)所示:ω下岩板>ω上岩板 (1);

S3、将煤层上覆岩看作组合薄板,分析煤层开采时上覆岩产生挠度的变化量及第一主应力σ1、第二主应力σ2的产生位置,进而预测煤层上覆岩离层发生位置,具体计算方法如下所示:假定采空区上方为四边固支、组合弹性薄板,根据模型薄板表面的边界条件,建立组合薄板的弹性曲面微分方程,如式(2)所示:其中

其中μ为泊松比;q0为上岩层的荷载;δ为岩层厚度;E为杨氏模量;ω为薄板挠度;D为弯曲刚度;

根据弹性力学,薄板表面边界条件如式(4)、(5)所示:(ω)x=+a=0 (ω)y=+b=0  (4)其中a为所采煤层的长度;b为所采煤层的宽度;

通过位移变分法求解微分方程,建立含有待定系数c0的位移分量表达式,然后根据位移边界条件和位移变分方程,计算待定系数c0,根据煤层开采的边界条件,岩层的挠度方程可假定如式(6)所示:ω(x,y)=C0·(1+cos(xπ/a))·(1+cos(yπ/b))(‑a≤x≤a,‑b≤y≤b)   (6);

基于式(2),通过位移变分法可得如式(7)所示:联立方程(2)~(7),推导出待定系数C0如式(8)所示:同理,可得岩层的挠度方程,如式(9)所示:按试(9)计算得到所求岩层的挠度,进而计算相邻岩层的挠度差,当邻岩挠度差满足公式(1)时,从而可判定离层产生的位置;

根据式(9)可进一步推导出得出σ1、σ2,表达如式(10)、(11)所示:

4 2 2 4

其中B=5·a+8·a·b+5·b(12);

利用上述σ1、σ2公式可算得上覆岩层破坏时应力;

岩层的破坏条件如式(13)所示:

其中,σbc为岩石的抗压强度;σt为岩石的抗拉强度;

当岩层的受到的力超过其屈服强度以后,岩层就会发生破坏。

2.如权利要求1所述的煤层覆岩离层突水灾害判定方法,其特征在于,所述煤层开采水文地质特征参数包括所采煤层的长度、宽度、厚度。

3.如权利要求1所述的煤层覆岩离层突水灾害判定方法,其特征在于,所述上覆岩水文地质特征数据通过井上钻孔方法获取,包括岩层的厚度与上岩层的荷载。

4.如权利要求1所述的煤层覆岩离层突水灾害判定方法,其特征在于,所述上覆岩物理力学参数通过力学试验获取,包括岩石的杨氏模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度及抗剪强度。