一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法

本发明涉及煤炭开采，尤其涉及一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法。

背景技术：

1、周期来压是矿山压力显现的典型特征，准确预测采场顶板周期来压步距是有效降低采场事故发生的重要途径。近水平煤层开采直接顶垮落后，当基本顶岩梁悬露部分达到极限跨距时，其中下部因拉伸破坏发生初次来压，之后基本顶岩梁由两端固支结构变为一端固支一端自由的悬臂结构，并达到新的应力和变形平衡状态。随着工作面的继续推进，基本顶岩梁在上覆荷载作用下发生周而复始的破断，准确预测基本顶周期来压步距是矿压显现规律分析及工作面支架选型的关键，对工作面安全高效生产具有重要意义。

2、近年来，国内外学者对采场顶板破断机理开展了卓有成效的研究。ardehjani等(int j geomech，20(2):04019164，2020)建立数值模型估算了tabas parvadeh煤矿机械化长壁开采初次来压和周期来压步距；陈冬冬等(煤炭学报:1-20[2024-04-02])建立了考虑实体煤弹塑性变形与两侧煤柱宽度及支撑能力弱化的基本顶板结构双塑化基础边界力学模型，分析了基本顶初次破断特征；李金华等(煤田地质与勘探,2023,51(7):123-129)考虑了直接顶对基本顶的支撑力，建立了两者耦合作用下基本顶周期来压步距计算模型，并揭示了岩石断裂韧度、裂缝深度、直接顶厚度和弹性模量等参数对周期来压步距的影响机制。

3、综上可见，目前针对近水平煤层开采顶板周期来压规律研究已经比较成熟，建立的来压步距计算模型精确性及适用性均比较高。但关于仰采工作面顶板周期来压步距研究相对较少，受仰采角度影响，基本顶上覆岩层压力并不是垂直作用其表面，使得基本顶破断距离以及位置与近水平煤层开采时的周期来压规律具有显著区别。

4、因此，亟需提供一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法以得到来压步距。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法。

2、为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，所述方法包括：

4、步骤一、对工作面地层进行现场钻孔取样，制成标准试样进行测试得到工作面上覆各岩层的物性参数；其中，每个岩层的物性参数均包括：岩性、厚度、体积力、弹性模量和抗拉强度；

5、步骤二、基于所述工作面上覆各岩层的物性参数，采用关键层理论得到第一个关键层和第二个关键层；

6、步骤三、采用下述公式得到周期来压步距：

7、

8、其中，l表示周期来压步距，h表示第一个关键层的厚度，β表示仰采角度，q为作用于第一个关键层的荷载，σt为第一个关键层的抗拉强度。

9、作为发明的一种实施方式，步骤二包括：

10、步骤s201、从煤层上方的第一层作为起始层，由所述起始层开始向上逐层计算，依次将每个岩层作为待计算岩层，当确定第n层待计算岩层满足载荷不等式时，将第n层的岩层作第一个关键层；

11、步骤s202、将第n+1岩层作为新的起始层，由所述起始层开始向上逐层计算，依次将每个岩层作为待计算岩层，当确定第n+i层待计算岩层满足载荷不等式时，将第n+i层的岩层作第二个关键层。

12、作为发明的一种实施方式，步骤s201中的载荷不等式为(qn)1＞q1时，其中，(qn)1为第n层对第一层岩层的荷载，q1为第一层岩层本身的载荷。

13、作为发明的一种实施方式，采用下述公式得到q1和(qn)1：

14、q1＝γ1h1；

15、

16、其中，h1、h2、…、hn代表第1～n层中各岩层厚度；e1、e2、…、en代表第1～n层中各岩层弹性模量；γ1、γ2、…、γn代表第1～n层中各岩层体积力。

17、作为发明的一种实施方式，步骤s202中的载荷不等式为(qn+i)n＞qn，其中，(qn+i)n为第n+i层对第n层岩层的荷载，qn为第n层岩层本身的载荷。

18、作为发明的一种实施方式，采用下述公式得到qn和(qn+i)n：

19、qn＝γnhn；

20、

21、其中，hn、hn+1、…、hn+i代表第n～(n+i)层中各岩层厚度；en、en+1、…、en+i代表第n～(n+i)层中各岩层弹性模量；γn、γn+1、…、γn+i代表第n～(n+i)层中各岩层体积力。

22、作为发明的一种实施方式，步骤三中，当所述第二个关键层与所述第一个关键层相邻时，采用下述公式得到所述作用于第一个关键层的荷载q：

23、q＝f×h；其中，f表示第一个关键层的体积力，h表示第一个关键层的厚度。

24、作为发明的一种实施方式，步骤三中，当所述第二个关键层与所述第一个关键层不相邻且相差m层岩层时，采用下述公式得到作用于第一个关键层的荷载q：

25、q＝fh+f1h1+f2h2+…+fmhm；

26、其中，h1、h2、…、hm代表位于第二个关键层与第一个关键层之间各岩层的厚度，f1、f2、…、fm代表位于第二个关键层与第一个关键层之间各岩层的体积力。

27、作为发明的一种实施方式，所述仰采角度通过地质资料得到。

28、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

29、本发明提供的煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法包括：对工作面地层进行现场钻孔取样，制成标准试样进行测试得到工作面上覆各岩层的物性参数；其中，每个岩层的物性参数均包括：岩性、厚度、体积力、弹性模量和抗拉强度；基于所述工作面上覆各岩层的物性参数，采用关键层理论得到第一个关键层和第二个关键层；采用公式得到周期来压步距：

30、

31、其中，l表示周期来压步距，h表示第一个关键层的厚度，β表示仰采角度，q为作用于第一个关键层的荷载，σt为第一个关键层的抗拉强度。该方法中，仅需通过简单的物理力学性质测试、查看地质资料即可得到所有参数，将参数带入公式可直接得到周期来压步距；另外，采用该公式得到的周期来压步距数值精准度高，对仰采工作面顶板周期来压步距预测及具有重要的理论意义和工程价值。

32、另外，煤层开采后，上面岩层会垮落下来，因此需要用液压支架将其支撑起来，在确定第一关键层和第二关键层之后，可以辅助液压支架选型。

技术特征：

1.一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，其特征在于，步骤二包括：

3.根据权利要求2所述的一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，其特征在于，步骤s201中的载荷不等式为(qn)1＞q1时，其中，(qn)1为第n层对第一层岩层的荷载，q1为第一层岩层本身的载荷。

4.根据权利要求3所述的一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，其特征在于，采用下述公式得到q1和(qn)1：

5.根据权利要求2所述的一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，其特征在于，步骤s202中的载荷不等式为(qn+i)n＞qn，其中，(qn+i)n为第n+i层对第n层岩层的荷载，qn为第n层岩层本身的载荷。

6.根据权利要求5所述的一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，其特征在于，采用下述公式得到qn和(qn+i)n：

7.根据权利要求1所述的一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，其特征在于，步骤三中，当所述第二个关键层与所述第一个关键层相邻时，采用下述公式得到所述作用于第一个关键层的荷载q：

8.根据权利要求1所述的一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，其特征在于，步骤三中，当所述第二个关键层与所述第一个关键层不相邻且相差m层岩层时，采用下述公式得到作用于第一个关键层的荷载q：

9.根据权利要求1所述的一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，其特征在于，所述仰采角度通过地质资料得到。

技术总结本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种煤层仰采基本顶周期来压步距获取方法，所述方法包括：对工作面地层进行现场钻孔取样，制成标准试样进行测试得到工作面上覆各岩层的物性参数；其中，每个岩层的物性参数均包括：岩性、厚度、体积力、弹性模量和抗拉强度；基于所述工作面上覆各岩层的物性参数，采用关键层理论得到第一个关键层和第二个关键层；得到周期来压步距。技术研发人员：张亮亮,程桦,姚直书,荣传新,蔡海兵,王晓健受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18