[发明专利]一种防止巨厚顶板末采回撤期间工作面切顶压架的方法

权利要求书

1.一种防止巨厚顶板末采回撤期间工作面切顶压架的方法，其特征在于，包括如下步骤：

开采过程中实时采集煤层状态数据以及煤层老顶厚度；

根据所述煤层状态数据确定岩层剪切破坏时的临界破坏厚度；

若煤层老顶厚度大于所述临界破坏厚度，则对煤层执行水力预裂分层，将煤层老顶分割为多个岩层且分割后的每一岩层的厚度均小于所述临界破坏厚度；

根据所述煤层状态数据确定岩层剪切破坏时的临界破坏厚度的步骤包括：

将悬露岩层作为一端由工作面煤体支撑，另一端由边界煤体支撑的梁体；

以所述梁体的端部和中部开裂的状态模拟煤层老顶弯拉破坏状态，得到煤层老顶发生弯拉破坏时的悬露岩层的最大跨度；

以所述梁体的端部和中部发生剪切破坏的状态模拟煤层老顶剪切破坏状态，得到煤层老顶发生剪切破坏时的悬露岩层的最大跨度；

根据煤层老顶发生弯拉破坏时的悬露岩层的最大跨度和煤层老顶发生剪切破坏时的悬露岩层的最大跨度得到所述临界破坏厚度；

根据所述煤层状态数据确定岩层剪切破坏时的临界破坏厚度的步骤包括：

所述煤层状态数据包括煤层厚度m，老顶自重q₁，老顶上方覆岩作用在老顶上的荷载q₂，工作面推进的极限跨距L₀，岩石的抗拉强度Q_t，岩层的抗剪强度τ；

开采时，工作面推进至悬露岩层的跨度达到极限值Lmax时，所述梁体两端弯矩M_A和所述梁体的梁端拉应力Q_A为：

根据所述梁体的端部和中部开裂的力学条件：Q_A＝[Q_t]，得到所述悬露岩层发生弯拉破坏的最大跨距为：其中，∑m_i是指煤层中软岩层的厚度；γ表示岩石的容重；

根据所述梁体的端部和中部发生剪切破坏力学条件：τ_max＝[τ]；得到所述悬露岩层发生剪切破坏的最大跨距为：其中，Q_max是梁体的梁端拉应力最大限值；

当L₀L_G时，悬露岩层在悬跨度的中部被拉坏，表现为弯曲破坏形式；当L₀≥L_G时，悬露岩层在端部被剪切，表现为切顶压架破坏形式；由此得到岩层剪切破坏时的临界破坏厚度:

2.根据权利要求1所述的防止巨厚顶板末采回撤期间工作面切顶压架的方法，其特征在于，若煤层老顶厚度大于所述临界破坏厚度，则对煤层执行水力预裂分层的步骤包括：

末采阶段顺槽超前位置水力预裂步骤：距停采线第一设定距离的范围内，在顺槽按第一设定间距均匀布置多个第一钻孔，第一钻孔的深度达到第一设定深度；利用第一钻孔执行顺槽超前位置水力预裂；

回撤通道内水力预裂步骤：在主回撤通道内，从回风顺槽侧距正帮第二设定距离处开始布置第二钻孔，相邻两第二钻孔的间距为第二设定间距，第二钻孔的深度达到第二设定深度；利用第二钻孔执行回撤通道内水力预裂。

3.根据权利要求2所述的防止巨厚顶板末采回撤期间工作面切顶压架的方法，其特征在于，通过如下步骤得到水力预裂的压力值：

P＝1.3(q₁+Q_t)。

4.根据权利要求3所述的防止巨厚顶板末采回撤期间工作面切顶压架的方法，其特征在于，通过如下方式获得煤层厚度m：

H_xk_p＝H_C+H_x；

其中，k_p为岩石碎胀系数，H_C为采空区高度，H_X为顶板预裂分层高度,以所述顶板预裂分层高度作为煤层厚度m。

5.根据权利要求4所述的防止巨厚顶板末采回撤期间工作面切顶压架的方法，其特征在于：

所述末采阶段顺槽超前位置水力预裂步骤中，所述第一钻孔的施工仰角为(15±3)°，所述第一钻孔与顺槽轴向呈(70±5)°。