[发明专利]基于相似模拟的巨厚砾岩层离层量的计算方法

权利要求书

1.基于相似模拟的巨厚砾岩层离层量的计算方法，其特征包括以下步骤：

S1、制作平面应力相似模拟试验模型；

S2、进行巨厚砾岩层(1)下综放开采相似模拟试验；

S3、建立巨厚砾岩层(1)离层量计算力学模型；

S4、根据力学模型建立巨厚砾岩层(1)离层量计算公式；

通过以上步骤计算出砾岩层(1)离层量。

2.根据权利要求1所述的基于相似模拟的巨厚砾岩层离层量的计算方法，其特征是：在步骤S1中，制作平面应力相似模拟试验模型的步骤为：

S11、根据综放面综合柱状图和巨厚砾岩层(1)等厚线图，按照相似配比制作平面应力相似模拟模型；

S12、平面应力相似模拟模型底部设置固支边，平面应力相似模拟模型两侧设置简支边，平面应力相似模拟模型顶部设置液压千斤顶施加垂直应力；

S13、在相似模型的正面，在巨厚砾岩层(1)底部、中部和顶部，依次布置A观测线(5)、B观测线(6)、C观测线(7)、D观测线(8)，并在煤层上覆、巨厚砾岩层(1)下伏岩层(2)布置数条其他观测线(9)；

S14、在A观测线(5)、B观测线(6)、C观测线(7)、D观测线(8)和其他观测线(9)上设置多个观测点。

3.根据权利要求2所述的基于相似模拟的砾岩层离层量的计算方法，其特征是：在步骤S11中，巨厚砾岩层间包括平行不整合接触软弱夹层，软弱夹层将砾岩层分为上位砾岩层(101)和下位砾岩层(102)，根据砾岩层结构和砾岩层厚度发育特征，利用surfer软件绘出井田砾岩层等厚线图。

4.根据权利要求2所述的基于相似模拟的砾岩层离层量的计算方法，其特征是：

S11中制作平面应力相似模拟模型的煤岩层材料为砂子、碳酸钙和石膏，硼砂作为缓凝剂，滑石粉模拟层理面，云母模拟层面。

5.根据权利要求1所述的基于相似模拟的砾岩层离层量的计算方法，其特征是：S2中进行巨厚砾岩层(1)下综放开采相似模拟试验，对煤层进行开采，利用全站仪测定各观测站的观测点的水平和垂直位移坐标。

6.根据权利要求5所述的基于相似模拟的砾岩层离层量的计算方法，其特征是：根据巨厚砾岩层下综放开采相似模拟试验，得出砾岩层离层量和离层区间长度分别与综放面推进度关系，得出砾岩层离层速率和离层区间变化率分别与综放面推进度之间的关系，得出巨厚砾岩层初次垮落和周期垮落垮落体的形状特征。

7.根据权利要求6所述的基于相似模拟的砾岩层离层量的计算方法，其特征是：离层速率计算公式为：

离层区间变化率计算公式为：

式中，v_k为离层速率，H_i为离层阶段末期的离层量；H₀为离层阶段初期的离层量；L_i为离层阶段末期的推进度；L₀为离层阶段初期的推进度；v_L为离层区间变化率；S_i为离层阶段末期的离层区间长度；S₀为离层阶段初期的离层区间长度。

8.根据权利要求1所述的基于相似模拟的砾岩层离层量的计算方法，其特征是：根据巨厚砾岩层下综放面相似模拟试验结果，结合“关键层”和“厚板”理论计算，根据巨厚砾岩层变形移动和离层演化特征，建立了综放开采巨厚砾岩层离层和断裂力学模型。

9.根据权利要求1所述的基于相似模拟的砾岩层离层量的计算方法，其特征是：砾岩层离层计算力学模型从下到上依次为：综放面割煤层(3)、综放面放煤层(4)、多个岩层(2)、以及砾岩层(1)。

10.根据权利要求1所述的基于相似模拟的巨厚砾岩层离层量的计算方法，其特征是：巨厚砾岩层(1)离层量计算公式为：

式中，S为煤层上覆砾岩层最大离层量；M₀为综放面割煤高度；M₁为综放面放煤高度；η为顶煤放出率，70％≤η≤90％；K_M为顶煤残余碎胀系数，1.04≤K_M≤1.06；h_i为煤层上覆第i层岩层厚度；K_i为煤层上覆第i层岩层的残余碎胀系数；W_o为砾岩层初次断裂时最大挠度。