[发明专利]基于上保护层下伏关键层结构的煤岩体卸压效应预测方法

权利要求书

1.基于上保护层下伏关键层结构的煤岩体卸压效应预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，沿保护层工作面的平剖面，定义沿保护层工作面回采方向为x轴，沿切眼长度方向为y轴，开切眼起始位置为坐标原点；

S2，判别下伏岩层关键层分布，定义关键层由上至下依次为关键层i，1≤i≤n,i∈N⁺；

S3，将关键层简化为多层叠合弹性地基薄板，建立考虑上保护层下伏关键层结构的煤岩体卸压效应预测模型；

S4，建立下伏不同层位关键层i的多层叠合薄板挠度偏微分方程组，见式(1)

式中，w_i(x,y)为下伏不同层位关键层i的挠曲线方程，m；k_i为下伏不同层位关键层i的地基系数，N/m³；q_i为下伏不同层位关键层i及其载荷层的自重，Pa，当i＝1时，q₁为下伏关键层1及其与上保护层间煤岩层自重；D_i为下伏不同层位关键层i的弯曲刚度，N·m；σ₀(x,y)为上保护层采场支承压力平面分布方程，Pa；

S5，确定边界条件；

S6，根据Winkler弹性地基板挠度、转角之间的关系，利用边界条件，对式(1)进行求解，计算出下伏不同层位关键层i的挠曲线方程w_i(x,y)，减去开采前因初始垂直地应力引起的地层初始压缩量，得出上保护层开采引起的下伏不同层位关键层i的挠曲线方程，见式(4)

d_i(x,y)＝w_i(x,y)-T_i (1≤i≤n,i∈N⁺)   (4)

式中，d_i(x,y)为上保护层开采引起的下伏不同层位关键层i的挠曲线方程，m；T_i为下伏不同层位关键层i因初始垂直地应力引起的地层初始压缩量，m，等于(q₀+Q_i)/k_i至(q₀+Q_n)/k_n之和；Q_i为q₁至q_i之和，代表下伏不同层位关键层i及其与上保护层间煤岩层自重，Pa；q₀为上保护层的初始垂直地应力，Pa；

S7，根据Winkler弹性地基薄板挠度、载荷和地基系数间的关系，确定上保护层开采下伏不同层位关键层i下的采动应力平面分布方程，见式(6)

式中，σ_i(x,y)为下伏不同层位关键层i下的采动应力平面分布方程，Pa。

2.根据权利要求1所述的煤岩体卸压效应预测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S8，确定底板煤岩体膨胀变形量平面分布方程，见式(7)

式中，F_i(x,y)为关键层i-1与关键层i之间煤岩体膨胀变形量平面分布方程，‰；当i＝1时，F_i(x,y)表示上保护层与关键层1之间煤岩体膨胀变形量平面分布方程，‰；k₀为上保护层与关键层1之间煤岩体的地基系数，N/m³；d_i-1(x,y)、d_i(x,y)分别为上保护层开采引起的关键层i-1和关键层i的挠曲线方程，m；H₀为上保护层与关键层1的层间距，m；H_i-1为关键层i-1与关键层i的层间距，m。