多煤层开采下组煤顶板裂隙发育高度计算方法

摘要

本发明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。

主权项

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：l_n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；h_i为相应岩层的厚度，m；z为中间岩层总层数；k_i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：${\omega }_n=\frac{5q_n{l_n}^4}{384E_n{I}_n}---\left(2\right)$其中，将岩层截面视为矩形，则惯性矩I_n为：$I_n=\frac{{a_n}^2{h}_n}{12}---\left(3\right)$式中：ω_n为第n层岩层可达到的最大挠度，m；q_n为第n层岩层的均布载荷，kN/m；l_n为第n层岩层的破断距，m；E_n为第n层岩层的弹性模量，kPa；I_n为第n层岩层的惯性矩，m⁴；a_n为第n层岩层截面的宽度，m；h_n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ω_n≥l_n，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：$\begin{array}{cc}H=\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{h}_i& n<z+1\end{array}---\left(4\right)$当n的取值超过中间岩层厚度时，若有：则裂隙高度H为：$\begin{array}{cc}H=\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{h}_i& n>z+1\end{array}---\left(5\right)$式中：h_i为相应岩层的厚度，m；H为裂隙发育高度，m。