[发明专利]深埋采场覆岩类型评价标准及薄基岩加厚改造设计方法

权利要求书

1.一种深埋采场覆岩类型评价标准及薄基岩加厚改造设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步深埋采场覆岩类型评价标准

步骤1.1)确定基岩应力拱保持稳定的临界拱厚

当基岩内可形成稳定应力拱时，应力拱的临界拱厚表达式为：

式中，D_arch为应力拱拱厚；H_arch为应力拱高度；l_arch为应力拱跨度；q(x)为基岩上覆岩层均布载荷；θ为任意截面同岩拱法向截面之间夹角；R为拱脚所受垂直应力；T为拱脚所受水平应力；其中R、T的表达式为：

其中，应力拱高度H_arch取煤层到关键层的高度；应力拱跨度l_arch取周期来压步距；基岩上覆岩层均布载荷q(x)取(1.2～2.0)x，x取(0.5～0.7)倍周期来压步距；θ按经验值取5～10°；

步骤1.2)确定能够形成应力拱的临界基岩厚度

基岩内能够形成稳定应力拱的最小厚度称为临界基岩厚度，其表达式如下：

ΣH_min＝D_arch+ΣH_c+ΣH_L (4)

式中，∑H_min为能够形成应力拱的临界基岩厚度；D_arch为临界拱厚；∑H_c为垮落带高度；∑H_L为裂隙带高度；其中∑H_c与∑H_L根据调研中覆岩岩性强度，选取经验公式计算采场垮落带与裂隙带高度；

步骤1.3)深埋采场覆岩类型评价标准

采用覆岩垮落带高度∑Hc、裂隙带高度∑H_f、应力拱厚D_arch与基岩厚度∑h的相对关系将采场进行分类，分为超薄基岩、薄基岩和正常基岩；根据超薄基岩、薄基岩与正常基岩赋存条件下采场矿压显现程度，需要对超薄基岩与薄基岩地层进行加厚改造；

第二步超薄基岩与薄基岩区域加厚改造设计方案

步骤2.1)确定超薄基岩与薄基岩加厚改造区域与设计尺寸；

步骤2.1.1)在地表利用多个钻孔进行地质勘探，得到不同区域岩层柱状图；

步骤2.1.2)根据基岩厚度变化，确定基岩厚度小于∑H_min的区域为加厚改造设计区域；

步骤2.1.3)确定加厚改造区域设计走向长度w与倾向的长度l，w为薄基岩区域沿煤层走向的延展长度，l为工作面倾向长度；

步骤2.1.4)确定加厚改造设计区域厚度D为：

D＝ΣH_min-ΣH (6)

式中，D为加厚设计改造区域厚度；∑H_min为能够形成应力拱的临界基岩厚度；∑H为实际基岩厚度；

步骤2.2)超薄基岩与薄基岩区域加厚改造施工方案

步骤2.2.1)沿煤层走向开掘注浆巷道

步骤2.2.2)布置注浆管道

采用多水平倾斜顶部顺式注浆方案，实施过程中，采用液压钻机自注浆巷道底板向下钻出倾斜钻孔，第一个注浆孔位于加厚改造设计区域起始位置的正上方，在加厚改造设计区域内，倾斜钻孔自下而上划分为多个水平面；

在单一水平面内，以倾斜钻孔与该水平面相交处为中心点，周围布置发散垂直的四个水平钻孔，其中两个钻孔沿工作面倾向布置，两个钻孔沿工作面走向布置；

第三步超薄基岩与薄基岩区域加厚改造注浆方法

采用高压泵向第一水平面内的水平钻孔注浆；第一水平面内水平注浆完毕后，静置一段时间；继续延伸倾斜注浆孔至第二水平面，并按照第一水平面内的水平注浆程序完成注浆作业，按照上述步骤完成整个工作面所有钻孔注浆作业。

2.根据权利要求1所述的一种深埋采场覆岩类型评价标准及薄基岩加厚改造设计方法，其特征在于，步骤1.2)中垮落带高度∑Hc、裂隙带高度∑H_f的计算公式为：

当覆岩岩性为坚硬岩层，单轴抗压强度为40-80MPa时

当覆岩岩性为中硬岩层，单轴抗压强度为20-40MPa时，

当覆岩岩性为软弱岩层，单轴抗压强度为10-20MPa时，

当覆岩岩性为极软弱岩层，单轴抗压强度小于10MPa时，