[发明专利]一种充填开采导水裂缝带最大高度的预测方法

说明书

本发明公开了一种充填开采导水裂缝带最大高度的预测方法，以假定在工作面推进过程中，不产生垮落带，只产生裂缝带与弯曲带为前提条件，建立用于充填开采导水裂缝带最大高度预测的数学模型，采用顶板变形的临界值来判断超限应力有限空间的岩层破坏规律，根据顶板变形的临界值判断岩层是否破坏。因而，相对于现有技术，更直接方便；能简便、准确得到充填开采导水裂缝带最大高度的计算公式，且公式中的参数均易于取得，其计算结果准确程度较高，可简单、直接，可快速、有效、准确地预测出导水裂缝带最大高度，其适用于指导实际生产，以实现水体下的安全开采。

技术领域

本发明涉及一种充填开采导水裂缝带最大高度的预测方法，属于矿业工程领域。

背景技术

在《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(2000)(以下简称：《三下规程》)的附录中，提出了全部垮落法开采的导水裂缝带高度计算公式，导水裂缝带高度按累计采厚计算，公式应用范围要求单层采厚1～3m，累计采厚不超过15m。

但其未明确提出充填开采时导水裂缝带的预测方法，而且膏体充填开采时采厚不能按照实际采厚计算，而应按照实际采厚与实际充填高度的差值来计算。实际上，由于等效采厚的值一般小于1m，因此不适合《三下规程》中的计算公式。

所以按《三下规程》附录中的计算公式来计算膏体充填开采的导水裂缝带高度是不合适的，目前仍没有形成系统的计算方法。

传统的一些方法，大都通过力学关系进行计算，然而地下采场应力十分复杂，难以准确的找到对应关系。

发明内容

本发明的目的是，提供一种煤矿水体下充填开采导水裂缝带最大高度的预测方法，该方法简单、直接，可快速、有效、准确地预测出导水裂缝带最大高度；进而可指导实际生产，以实现水体下的安全开采。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种充填开采导水裂缝带最大高度的预测方法，以假定在工作面推进过程中，不产生垮落带，只产生裂缝带与弯曲带为前提条件，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，根据采场上覆岩层运动规律，建立用于充填开采导水裂缝带最大高度预测的数学模型，并据此推导出充填开采导水裂缝带最大发育高度计算公式：

上式中：

H_li为导水裂隙带的高度；

E为弹性模量；

M_等为充填开采等效采厚；

μ为泊松比；

τ₀为抗剪强度；

α为裂隙角。

第二步，现场勘测、实验室试验或依据矿井实测统计资料，分别获取弹性模量E、泊松比μ、抗剪强度τ₀、充填开采等效采厚M_等、裂隙角α和周期来压步距c数据；

将上述各项数据带入上述充填开采导水裂缝带最大发育高度计算公式，计算出充填开采导水裂缝带最大发育高度H_li。

优选为，上述前提条件通过提高充填率得以实现。

上述技术方案直接带来的技术效果是，(1)采用顶板变形的临界值来判断超限应力有限空间的岩层破坏规律；(2)根据顶板变形的临界值判断岩层是否破坏，更直接方便；(3)能简便、准确得到充填开采导水裂缝带最大高度的计算公式，且公式中的参数均易于取得。

上述技术方案的关键点在于，利用采场上覆岩层运动规律，建立用于充填开采导水裂缝带最大高度预测的数学模型，并据此推导出充填开采导水裂缝带最大发育高度计算公式。其中，采场上覆岩层运动规律包括：