[发明专利]深部采场底板岩层的最大破坏深度确定方法

权利要求书

1.一种深部采场底板岩层的最大破坏深度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于支撑压力分布状态模型，构建底板岩体应力分析力学模型；

S2、根据步骤S1中底板岩体应力分析力学模型，建立半平面体内任意一点处岩体抗压强度的超越方程；

所述步骤S2具体包括以下分步骤：

S21、根据步骤S1中底板岩体应力分析力学模型，构建半平面无限体模型，并利用弹性力学理论计算半平面体内任意一点处的各应力分量；

S22、利用弹性力学理论，根据步骤S21中各应力分量计算主应力；

S23、采用MC破坏准则，根据步骤S22中主应力，建立半平面体内任意一点处岩体抗压强度的超越方程；

所述步骤S21具体为：

根据步骤S1中底板岩体应力分析力学模型，构建半平面无限体模型，并利用弹性力学理论结合半平面无限体模型中参数计算半平面体内任意一点处的各应力分量，表示为：

其中，σ_x为载荷作用在半平面体内任意一点(x,y)在x方向上的应力分量；σ_y为载荷作用在半平面体内任意一点(x,y)在y方向上的应力分量；τ_xy为载荷作用在半平面体内任意一点(x,y)在xy平面上的剪切应力分量；x_a为极限平衡区宽度，x_b为弹性增压区的宽度，γ为任意一点(x,y)在上覆某一岩层的容重；H为上覆各岩层的厚度；K为煤壁前方应力集中系数；N₀为煤帮的支撑能力；

所述步骤S22具体为：

利用弹性力学理论根据步骤S21得到各应力分量计算主应力，表示为：

其中，σ₁为非均布载荷在半平面体内任意一点产生的最大主应力；σ₃为非均布载荷在半平面体内任意一点产生的最小主应力；

所述步骤S23具体为：

利用MC破坏准则根据步骤S22得到的主应力，计算半球面体内任意一点岩体的抗压强度，表示为：

其中，k为常系数，R_c是半球面体内任意一点岩体的抗压强度；

S3、根据煤层赋存条件参数和开采技术条件参数，计算极限平衡区宽度；

S4、基于支撑压力分布状态模型构建弹性区受力状态模型，计算弹性增压区宽度；

S5、根据步骤S3中极限平衡区宽度与步骤S4中弹性增压区宽度，解算步骤S2中超越方程，得到底板破坏曲线，并计算底板岩层的最大破坏深度。

2.根据权利要求1所述的一种深部采场底板岩层的最大破坏深度确定方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

根据煤层赋存条件参数和开采技术条件参数，计算极限平衡区宽度，表示为：

其中，m为煤层采高，f为层间摩擦系数，γ_i为上覆各岩层的容重，M为上覆岩层总数，H_i为上覆各岩层的厚度。

3.根据权利要求2所述的一种深部采场底板岩层的最大破坏深度确定方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下分步骤：

S41、根据支撑压力分区模型构建弹性增压区受力状态模型，建立受力平衡方程，表示为：

m(σx+dσx)-mσx-2fσydx＝0

其中，m为煤层厚度；f为层面间的摩擦系数；σ_x为煤体在半平面体内任意一点(x,y)在x方向上所作用的应力分量；σ_y为煤体在半平面体内任意一点(x,y)在y方向上所受的应力分量；

S42、分别构建原岩应力区、极限平衡区与弹性增压区交界面的应力状态模型，建立弹性增压区平衡方程；

S43、基于临界压力分区模型构建边界条件坐标系，根据步骤S41中受力平衡方程以及步骤S42中弹性增压区平衡方程，计算弹性增压区的宽度值。