近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法与流程

本发明涉及近距离煤层采空区，具体而言，涉及一种近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法。

背景技术：

1、目前，我国北方地区近距离煤层占总可采煤层的40％以上，而近距离煤层下伏回采巷道往往受上覆遗留煤柱影响，易造成下伏回采巷道顶底板及两帮高应力、高应变，甚至导致近距离煤层下伏巷道失稳破坏，因此下伏回采巷道必须选择最合理的煤柱宽度，做到既不浪费资源，又能安全高效的生产。

2、在现有技术中，虽然国内外专家与学者对于合理煤柱留设问题取得了丰富的理论和实践经验，但是在近距离煤层采空区下回采巷道合理煤柱留设的理论研究却很少。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，以解决现有技术中无法准确获取近距离煤层采空区下煤柱宽度的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，包括：步骤s1：对煤柱按倾向垂直方向为切面，以煤柱正中底板为原坐标点建立坐标，获取距离坐标点x处、y处均布荷载对该点产生的水平应力σ’x与垂直应力σ’y以及距离坐标点x处、y处线性荷载对该点产生的水平应力σx与垂直应力σy，以得出上覆遗留煤柱应力；步骤s2：获取下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的线性荷载应力分量σx1和σy1；步骤s3：获取下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的均布荷载应力分量σx2和σy2，并根据线性荷载应力分量σx1、σy1和均布荷载应力分量σx2、σy2得出该点产生的应力σx和σy；步骤s4：在下伏煤层煤柱极限平衡区内，获取水平应变量最大位置处的应变量ε，应变量ε、应力σx、σy、下伏煤层煤柱的综合弹性模量e以及下伏煤层煤柱的泊松比μ之间满足以下关系：以得出下伏煤层极限平衡区的宽度l；步骤s5：根据下伏煤层极限平衡区的宽度l、下伏煤层回采巷道煤柱高度h得出下伏煤层煤柱的宽度b，且满足以下关系：b＝2l+ξh；其中，ξ为修正系数且大于或等于1.8且小于或等于2.2。

3、进一步地，距离坐标点x处、y处均布荷载对该点产生的水平应力σ’x与垂直应力σ’y的计算方法如下：其中，p1为上覆遗留煤柱荷载；α为以上覆煤柱按倾向垂直方向为切面，坐标点xy与煤柱下方最近与最远点连线之间的夹角；δ为坐标点xy与煤柱下方最近点的连线与垂直方向之间的夹角。

4、进一步地，距离坐标点x处、y处线性荷载对该点产生的水平应力σx与垂直应力σy的计算方法如下：其中，p1为上覆遗留煤柱荷载；b为上覆遗留煤柱；r2为坐标点xy与上覆遗留煤柱下方的最远距离；r1为坐标点xy与上覆遗留煤柱下方的最近距离；δ为坐标点xy与煤柱下方最近点的连线与垂直方向之间的夹角。

5、进一步地，下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的线性荷载应力分量σx1和σy1的计算方法如下：其中，p2为下浮煤层荷载。

6、进一步地，下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的均布荷载应力分量σx2和σy2的计算方法如下：其中，p1为上覆遗留煤柱荷载；p2下浮煤层荷载为。

7、进一步地，应力σx和σy的计算方法如下：σx＝σx1+σx2；σy＝σy1+σy2。

8、进一步地，在步骤s4中，水平应变量最大位置在距巷道顶板0.35h处，且该位置对应的坐标值为(x+l,y+0.35h)。

9、进一步地，在煤柱的中部预留预设宽度的弹性区。

10、应用本发明的技术方案，近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法包括：步骤s1：对煤柱按倾向垂直方向为切面，以煤柱正中底板为原坐标点建立坐标，获取距离坐标点x处、y处均布荷载对该点产生的水平应力σ’x与垂直应力σ’y以及距离坐标点x处、y处线性荷载对该点产生的水平应力σx与垂直应力σy，以得出上覆遗留煤柱应力；步骤s2：获取下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的线性荷载应力分量σx1和σy1；步骤s3：获取下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的均布荷载应力分量σx2和σy2，并根据线性荷载应力分量σx1、σy1和均布荷载应力分量σx2、σy2得出该点产生的应力σx和σy；步骤s4：在下伏煤层煤柱极限平衡区内，获取水平应变量最大位置处的应变量ε，应变量ε、应力σx、σy、下伏煤层煤柱的综合弹性模量e以及下伏煤层煤柱的泊松比μ之间满足以下关系：根据上述公式得出下伏煤层极限平衡区的宽度l；步骤s5：根据下伏煤层极限平衡区的宽度l、下伏煤层回采巷道煤柱高度h得出下伏煤层煤柱的宽度b，且满足以下关系：b＝2l+ξh；其中，ξ为修正系数且大于或等于1.8且小于或等于2.2。这样，本申请提供了一种近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，填补了近距离煤层采空区下回采巷道煤柱合理宽度的留设研究方面存在的不足，进而解决了现有技术中无法准确获取近距离煤层采空区下煤柱宽度的问题。同时，本申请紧密结合上覆煤层遗留煤柱造成下伏回采巷道顶底板及两帮高应力高应变特征，并建立了煤柱宽度的计算模型，定量确定了下伏回采巷道煤柱宽度，为类似回采巷道留设合理宽度煤柱提供借鉴。

技术特征：

1.一种近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，其特征在于，距离坐标点x y处均布荷载对该点产生的水平应力σ’x与垂直应力σ’y的计算方法如下：

3.根据权利要求1所述的近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，其特征在于，距离坐标点x y处线性荷载对该点产生的水平应力σx与垂直应力σy的计算方法如下：

4.根据权利要求1所述的近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，其特征在于，下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的线性荷载应力分量σx1和σy1的计算方法如下：

5.根据权利要求1所述的近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，其特征在于，下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的均布荷载应力分量σx2和σy2的计算方法如下：

6.根据权利要求1所述的近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，其特征在于，应力σx和σy的计算方法如下：

7.根据权利要求1所述的近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，其特征在于，在所述步骤s4中，水平应变量最大位置在距巷道顶板0.35h处，且该位置对应的坐标值为(x+l,y+0.35h)。

8.根据权利要求1所述的近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，其特征在于，在所述煤柱的中部预留预设宽度的弹性区。

技术总结
本发明提供了一种近距离煤层采空区下煤柱宽度的计算方法，包括：以煤柱正中底板为原坐标点建立坐标，获取距离坐标点处均布荷载对该点产生的水平应力与垂直应力以及线性荷载对该点产生的水平应力与垂直应力，以得出上覆遗留煤柱应力；获取下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的线性荷载应力分量；获取下伏煤层煤柱极限平衡区内任意一点的均布荷载应力分量和，并根据线性荷载应力分量、均布荷载应力分量、得出该点产生的应力和；获取水平应变量最大位置处的应变量；根据下伏煤层极限平衡区的宽度、下伏煤层回采巷道煤柱高度得出下伏煤层煤柱的宽度。本发明解决了现有技术中无法准确获取近距离煤层采空区下煤柱宽度的问题。

技术研发人员：高雁,赵振飞,王军,查建
受保护的技术使用者：国家能源集团宁夏煤业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21