一种煤体塑性区宽度的计算方法与流程

技术特征：

1.一种煤体塑性区宽度的计算方法，其特征在于，包括：

步骤1、建立煤体塑性区宽度计算模型；

其中，煤体采高M、埋深H、护帮板对煤壁的支护阻力p、煤层与顶底板摩擦系数f、应力集中系数K从现场获取；内摩擦角内聚力c、容重γ实验测得；中间参数μ为洛德参数，反应煤体的受力状态，|μ|≤1，材料参数α、k根据内摩擦角内聚力c计算得到；

步骤2、获取当前采矿条件下的煤体采高M、埋深H、护帮板对煤壁的支护阻力p、煤层与顶底板摩擦系数f、应力集中系数K、内摩擦角内聚力c、容重γ；

步骤3、根据内摩擦角和内聚力c计算材料参数α、k；

步骤4、取不同的洛德参数μ，结合已知的历史采矿条件下的煤体采高M、埋深H、护帮板对煤壁的支护阻力p、煤层与顶底板摩擦系数f、应力集中系数K、内摩擦角内聚力c、容重γ，利用煤体塑性区宽度计算模型计算历史采矿条件下的煤体塑性区宽度；

步骤5、比较不同的洛德参数μ计算出的历史采矿条件下的煤体塑性区宽度与历史采矿条件下的实际煤体塑性区宽度的差值，将最小差值所对应的洛德参数μ作为煤体塑性区宽度计算模型中的洛德参数μ；

步骤6、利用煤体塑性区宽度计算模型预测新开采工作面的煤体塑性区宽度。

2.根据权利要求1所述的煤体塑性区宽度的计算方法，其特征在于，所述的步骤1，包括：

步骤1-1、对煤体中单元体进行受力分析，建立单元体的受力平衡方程；

$\frac{{\mathrm{d\σ}}_x}{dx}-\frac{2}{M}(c+{\mathrm{f\σ}}_y)=0$

式中：σ_x、σ_y分别表示单元体所受的第一主应力和第三主应力，M—采高；c—内聚力；f—煤层与顶底板摩擦系数；

步骤1-2、考虑与工作面倾斜方向平行的中间主应力σ₂对屈服函数的影响，引入反映受力状态的洛德参数μ，|μ|≤1，根据平面应变问题得到中间主应力σ₂：

令σ₁＝-σ_x，σ₃＝-σ_y，则

${\mathrm{\σ}}_2=\frac{1}{2}({\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_3)+\frac{\mathrm{\μ}}{2}({\mathrm{\σ}}_1-{\mathrm{\σ}}_3)$

步骤1-3、当煤体达到屈服状态时，应用D-P准则；

${\mathrm{\αI}}_1+J_2^{1/2}-k=0$

式中：第一应力不变量I₁＝σ₁+σ₂+σ₃；

第二应力偏量不变量

步骤1-4、由D-P准则得到单元体第一主应力与第三主应力关系表达式；

${\mathrm{\σ}}_y=\frac{2k}{l-3\mathrm{\α}}+\frac{l+3\mathrm{\α}}{l-3\mathrm{\α}}{\mathrm{\σ}}_x,l=\sqrt{3+{\mathrm{\μ}}^2/3}$

步骤1-5、将关系表达式带入单元体的受力平衡方程并结合边界条件x＝0，σ_x＝p，p为护帮板对煤壁的支护阻力，得到垂直应力σ_y的表达式；

${\mathrm{\σ}}_y=-\frac{c}{f}+(\frac{l+3\mathrm{\α}}{l-3\mathrm{\α}}p+\frac{c}{f}+\frac{2k}{l-3\mathrm{\α}})e^{\frac{2f(l+3\mathrm{\α})}{M(l-3\mathrm{\α})}x}$

步骤1-6、根据煤体在分界面上的最大支承压力表达式σ＝KγH，得到煤体塑性区宽度计算模型：