[发明专利]一种边坡下近水平煤层工作面煤柱宽度确定方法

说明书

本发明涉及近水平浅埋煤开采领域，特别是一种边坡下近水平煤层工作面煤柱宽度确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、分析边坡下开采结构特征，建立边坡下开采结构力学模型；步骤二、过B点假想分界面，将滑体分为第一块体和第二块体，计算第一块体重力W₁，第二块体重力W₂；步骤三、计算第二块体的安全系数F₂；步骤四、计算边坡煤柱宽度L₂。本发明考虑了井工开采采动对边坡稳定性的影响，该条件下开采形成的结构空间，对其进行力学分析，建立边坡下近水平煤层井工开采煤柱宽度的确定方法，为煤柱宽度设计提供依据，本发明符合实际需求，误差小，计算过程简单。

技术领域

本发明涉及近水平浅埋煤开采领域，特别是一种边坡下近水平煤层工作面煤柱宽度确定方法。

背景技术

我国神府煤田煤炭有储量大，埋藏浅，煤质好，基岩薄，松散层厚，地表沟壑交错，生态环境脆弱等特点。由于神府煤田属于浅埋煤层，高强度开采下，岩体失去支撑，岩层实现充分采动，地表发生沉陷，裂缝由下从上发育至地表，在时间效应下易诱发滑坡，形成地质灾害。边坡下井工开采形成的空间结构，其不同区域裂隙发育不同，煤柱宽度影响因素较多难以确定，目前尚缺乏科学有效的方法。现有边坡下煤柱宽度的确定方法主要参考井工开采煤柱宽度确定方法，其中包括：静态载荷法、数值模拟法、工程类比法等。针对边坡下近水平煤层开采，以上方法主要存在以下不足：

(1)静态载荷法：一般根据煤柱上覆岩层容重对煤柱极限强度极限分析，但误差较大。

(2)数值模拟法：主要分析方法为有限单元法和有限差分法，有限单元法是将边坡体离散成有限个单元，通过分析单元体应力和应变来评价整个边坡稳定性分析，而有限差分法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，变量设置过于理想化。

(3)工程类比法：矿井开采条件存在差异，上覆岩层力学参数差异较大，类似矿井开采仅可作为借鉴，不能完全适用。

实践表明，以上三种确定边坡下煤柱宽度的方法并不能完全适用于边坡下近水平浅埋煤层工作面煤柱宽度的确定，而不合理的煤柱宽度容易引起地表边坡发生滑移形成地质灾害。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种边坡下近水平煤层工作面煤柱宽度确定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种边坡下近水平煤层工作面煤柱宽度确定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、分析边坡下开采结构特征，建立边坡下开采结构力学模型ABCD，其中AB、BC为两个同倾向的滑面；

步骤二、过B点假想分界面，将滑体分为第一块体和第二块体，由几何关系导出第一块体重力W₁，第二块体重力W₂：

其中γ为体积力，L₁为AB长度，β₁为AB倾角，L₂为BC长度，H为断面高度，α为边坡坡角；

步骤三、计算第二块体的安全系数F₂；

步骤四、计算边坡煤柱宽度L₂；

所述计算第二块体的安全系数F₂的具体步骤包括：

2.1计算第一滑体受到基岩作用的摩阻力R₁；

假设边坡不受其他外力作用，第一块体受到基岩作用的摩阻力为：

其中，为R₁与滑面AB法线方向夹角；