[发明专利]一种巨厚岩层赋存条件煤矿的开采设计方法

权利要求书

1.一种巨厚岩层赋存条件煤矿的开采设计方法，其特征在于：包括：

步骤一：

A、基于巨厚岩层破断理论计算极限采出条带宽度

依据已有的研究结果和开采实践建立采空区宽度a与巨厚岩层悬露跨度L之间的关系，通过理论分析和工程类比方法得到巨厚岩层在采空区宽度方向上破断的极限跨度L₀，再根据极限跨度L₀与上述a与L之间的关系推算出极限采空区宽度a；

B、基于巨厚岩层挠曲与地面变形计算极限采出条带宽度

根据材料力学理论，分析采空宽度a与地面变形值之间的关系，分析采空宽度a的取值需保证地面变形值在安全变形值，当地面变形值取安全变形值时根据两者之间的关系计算极限采空宽度a；

对比步骤A和步骤B中所计算出的极限采空宽度a的值并取两者的最小值作为采空宽度a的最大值；

步骤二：

综合覆岩空间结构特征及其运动的时间效应，采空区宽度为a时，分析采空区上方不同范围内的岩层对煤柱的载荷传递类型，划分煤柱所承受的载荷来源与静态应力大小，并分析煤柱保持静态稳定性的基本条件，以此计算出煤柱的最小宽度b，煤柱为孤岛煤柱。

2.根据权利要求1所述的巨厚岩层赋存条件煤矿的开采设计方法，其特征在于：

步骤A中采空区宽度a与巨厚岩层悬露跨度L₀之间的关系式为

a＝L₀/n_i+2h₁cotα

式中，α为巨厚岩层下方的岩层破裂扩展角(°)，L₀为巨厚岩层在采空区宽度方向上破断的极限跨度(m)，h₁为煤层与巨厚岩层之间的距离或高度(m)，n_i为安全系数，n_i＞1，n_i取值大小至少需要综合地面保护设施的安全等级、敏感程度以及巨厚岩层的厚度大小、节理发育和距煤层高度特征参数确定。

3.根据权利要求2所述的巨厚岩层赋存条件煤矿的开采设计方法，其特征在于：

通过理论分析和工程类比的方法，得到在上覆载荷q＝γh₃作用下巨厚岩层在采空区宽度方向上破断的极限跨度L₀，其中γ为上覆岩层容重，h₃为巨厚岩层与地表之间的距离或高度(m)。

4.根据权利要求1所述的巨厚岩层赋存条件煤矿的开采设计方法，其特征在于：

所述步骤B中地面变形值至少包括地面倾斜值、地面变形曲率和地面水平变形值，所述地面倾斜值、所述地面变形曲率和所述地面水平变形值均需要在安全变形值范围内。

5.根据权利要求4所述的巨厚岩层赋存条件煤矿的开采设计方法，其特征在于：

所述步骤B中所分析出的采空区宽度a的计算公式为

且

式中：E为巨厚岩层所形成岩梁的弹性模量；I为巨厚岩层岩梁的截面惯性矩；设变形安全值允许的地面倾斜值和地面变形曲率分别为[i₀]、[k₀]，设破断运动之前的巨厚岩层与地面的倾斜和地面变形曲率联动影响系数分别为t_i和v_k，其中0≤t_i≤1、0≤v_k≤1，表示的物理意义是地面变形与巨厚岩层变形的同步性大小，主要与巨厚岩层力学特征、上覆岩层厚度与岩层特征以及采空区宽度有关，根据现场观测统计或工程类比的方法确定。