[发明专利]一种急倾斜煤层合理分段高度确定方法

摘要

本发明涉及一种急倾斜煤层合理分段高度确定方法，其包括以下步骤：(1)、建立急倾斜煤层分段高度计算的力学模型；(2)、计算薄板在横向载荷q₁作用下的应力分布及最大拉应力；(3)、计算薄板在纵向载荷q₂作用下的应力分布及最小应力；(4)、计算薄板在横向载荷q₁与纵向载荷q₂共同作用下应力分布；(5)确定急倾斜煤层分段高度的判别式；(6)、选取急倾斜煤层的高度极值；(7)、采用二分法进行计算急倾斜煤层的合理分段高度。

主权项

一种急倾斜煤层合理分段高度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立急倾斜煤层分段高度计算的力学模型；将薄板所受上方岩体的载荷q分解为薄板所受的横向载荷q₁＝qcosα及纵向载荷q₂＝qsinα，并认为纵向载荷沿板厚方向均匀分布，其中α为薄板岩层的倾角；(2)、计算薄板在横向载荷q₁作用下的应力分布及最大拉应力(21)横向载荷作用下，三边固支薄板的位移边界条件为：$\begin{array}{cc}{\left(\mathrm{\ω}\right)}_{x=\±a}=0& {\left(\frac{\∂\mathrm{\ω}}{\∂x}\right)}_{x=\±a}=0\end{array}---\left(1.1\right);$其中：ω表示挠度函数；a表示薄板沿走向的推进长度；b表示薄板的倾斜长度；(22)得到满足位移边界条件的挠度表达式为：$\mathrm{\ω}=\frac{16b^{2}qcos\mathrm{\α}}{45D\[\frac{128}{25}{b}^4+\frac{1024}{315}{a}^2(a^2+2b^2-3b^2\mathrm{\μ})\]}{(x^2-a^2)}^2{(y-b)}^2---\left(1.3\right),$其中：ω表示挠度函数；α表示薄板岩层倾角；x表示表示薄板沿走向的任意坐标值；y表示薄板沿倾向的任意坐标值；a表示薄板沿走向的推进长度；b表示薄板的倾斜长度；q表示薄板所受上覆层载荷；μ表示薄板岩层的泊松比；(23)根据步骤(22)得到的挠度表达式得到薄板沿y轴方向的应力分量为：其中：σ_y横表示横向载荷作用下薄板沿y轴方向的应力分量；α表示薄板岩层倾角；x表示薄板沿走向的任意坐标值；y表示薄板沿倾向的任意坐标值；z表示薄板沿厚度方向的任意坐标值；a表示薄板沿走向的推进长度；b表示薄板的倾斜长度；q表示薄板所受上覆层载荷；μ表示薄板岩层的泊松比；t表示薄板的厚度；(24)计算薄板在横向载荷q₁作用下的最大拉应力在薄板上表面，即x＝0，y＝b，处，即薄板底部边界上表面受最大拉应力作用，其值为：其中：σ_ymax拉表示横向载荷作用下薄板底部边界上表面所受最大拉应力；α表示薄板岩层倾角；a表示薄板沿走向的推进长度；b表示薄板的倾斜长度；q表示薄板所受上覆层载荷；μ表示薄板岩层的泊松比；t表示薄板的厚度；(3)、计算薄板在纵向载荷q₂作用下的应力分布及最小应力(31)得出在纵向载荷q₂作用下的沿y轴方向应力分量，其表达式为：其中：σ_y纵表示纵向载荷作用下薄板沿y轴方向的应力分量；a表示薄板沿走向的推进长度；b表示薄板的倾斜长度；q表示薄板所受上覆层载荷；(32)得出薄板在纵向载荷q₂作用下的最小应力，当y＝b时，即在薄板底部边界所受压应力最小，其值为：其中σ_min压表示纵向载荷作用下薄板底部边界所受最小压应力；α表示薄板岩层倾角a表示薄板沿走向的推进长度；b表示薄板的倾斜长度；q表示薄板所受上覆层载荷；(4)、计算薄板在横向载荷q₁与纵向载荷q₂共同作用下应力分布；急斜煤层开采过程中，在横向与纵向载荷共同作用下，呈现脆性破坏的岩板，其破坏主要是由横向载荷造成的，薄板承受的最大拉应力位于薄板上表面，即x＝0，y＝b，处，其值为σ_ymax合＝σ_ymax拉+σ_ymin压，即：，其中：σ_ymax合表示薄板上表面所受最大拉应力；α表示薄板岩层倾角；a表示薄板沿走向的推进长度；b表示薄板的倾斜长度；q表示薄板所受上覆层载荷；μ表示薄板岩层的泊松比；t表示薄板的厚度；(5)确定急倾斜煤层合理分段高度的判别式，其为其中：σ_拉表示薄板岩层的极限抗拉强度；α表示薄板岩层倾角；a表示薄板沿走向的推进长度；b表示薄板的倾斜长度；q表示薄板所受上覆层载荷；μ表示薄板岩层的泊松比；t表示薄板的厚度；(6)、选取急倾斜煤层的合理分段高度极值，其表达式为：其中：σ_拉表示薄板岩层的极限抗拉强度；α表示薄板岩层倾角；a表示薄板沿走向的推进长度；b表示薄板的倾斜长度；q表示薄板所受上覆层载荷；μ表示薄板岩层的泊松比；t表示薄板的厚度；(7)、采用二分法进行计算急倾斜煤层合理分段高度。