[发明专利]综放开采超前支承压力峰值位置的确定方法

权利要求书

1.一种综放开采超前支承压力峰值位置的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、确定超前支承压力峰值位置与采厚的关系；

步骤1.1、将超前支承压力分成压力升高区和压力降低区两个区域，分别对应着煤壁的弹性区和塑性区；在弹性区内压力会从峰值位置向远离工作面煤壁方向单调减小，在塑性区内压力会从峰值位置向工作面煤壁方向单调减小；

步骤1.2、计算煤壁的弹性区和塑性区的超前支承压力；

步骤1.3、根据弹性区和塑性区的超前支承压力，得到超前支承压力峰值的位置与采厚的关系；

步骤2、计算超前支承压力峰值位置；

步骤2.1、在工作面选择观测实验段；

步骤2.2、监测及整理工作面周期来压前一次的应力数据；

步骤2.3、分析监测的应力数据，得到采厚与超前支承压力峰值位置的关系；

所述步骤1.2的具体方法为：

根据弹性基础梁理论，所述弹性区超前支承压力如下公式所示：

其中，σ_Ay为弹性区超前支承压力，n为采场上覆岩的梁数，C_ix为第i层岩层传递至x处岩重的比重，i＝1、2、…n，m_i为第i层岩层的厚度，r_i为第i层基本顶的容重，L_i为第i层基本顶的悬跨距；

工作面前方的煤层和基本顶都处于弹性状态时，假设各岩梁传递到同一层位时的岩重比例相同，则公式(1)简化为如下公式所示：

其中，H为采深，r为采场上覆岩层平均容重，C_x为覆岩各岩层传递至x处岩重的比重；

建立塑性区的煤层压缩力学模型，得到煤壁破裂后塑性区超前支承压力的分布，如下公式所示：

其中，σ_By为塑性区超前支承压力，σ_m为煤层单轴抗压强度，M为采厚，α为煤层压缩角，K₀为煤壁压缩值，F为煤体接触面上的粘结力，f为煤层内摩擦系数。

2.根据权利要求1所述的综放开采超前支承压力峰值位置的确定方法，其特征在于：所述步骤1.3的具体方法为：

采后工作面的超前支承压力曲线是连续的，而且超前支承压力的峰值位置是弹性区和塑性区的分界点；在工作面超前支承压力出现峰值的位置，由公式(2)和(3)计算得到的支撑压力值相等，得到以下公式：

其中，x'为超前支承压力峰值的位置，C_x'为覆岩各岩层传递至x′处岩重的比重；

在同一工作面中采深、上覆岩层平均容重、岩层抗压强度、煤层倾角、接触面的粘结力和煤层内摩擦系数各参数都相同，根据公式(4)，超前支承压力峰值的位置主要受采厚的影响；采厚与超前支承压力峰值位置呈现一次线性关系，得出采厚与超值支承压力峰值位置的关系，如下公式所示：

x'＝kM+ε (5)

其中，k和ε均为与采深、上覆岩层平均容重、岩层抗压强度、煤层倾角、接触面的粘结力、煤层内摩擦系数相关的系数。

3.根据权利要求2所述的综放开采超前支承压力峰值位置的确定方法，其特征在于：步骤2.1所述选择的观测实验段满足以下两个条件：

一、选择的实验段范围内煤层倾角近似水平，煤层厚度变化较小，减少非直接因素对采厚和超前支承压力峰值位置的影响；

二、选择的实验段不少于两段，并记录下各段的平均采厚。

4.根据权利要求3所述的综放开采超前支承压力峰值位置的确定方法，其特征在于：所述步骤2.2的具体方法为：

一、记录的应力数据为工作面周期来压前一次的监测数据；二、监测点的间距精度控制在1±0.1m范围内；三、记录数据的内容包括记录数据时煤壁前方所有测点应力数据，以及各测点距工作面煤壁距离；四、整理的数据范围包括超前支承压力峰值，避免统计数据内峰值位置数据丢失。

5.根据权利要求4所述的综放开采超前支承压力峰值位置的确定方法，其特征在于：所述步骤2.3的具体方法为：

采用拉格朗日插值的方法绘制出超前支承压力峰值位置与超前支承压力的对应关系曲线，得到不同采厚时对应的超前支承压力峰值位置；实验段不少于两段，采用最小二乘拟合的方法拟合得到采厚与超前支承压力峰值位置的一次线性关系式，并采用相关性指数检验函数拟合效果。