本發(fā)明屬于煤礦房柱開(kāi)采，具體涉及煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
1、房式采空區(qū)形成后，大量遺留煤柱密集存在而形成煤柱群，煤柱群與頂板構(gòu)成煤柱群-頂板系統(tǒng)。遺留煤柱群和頂板穩(wěn)定是采空區(qū)整體穩(wěn)定與否的決定性因素，長(zhǎng)期以來(lái)眾多專家學(xué)者對(duì)煤柱群和頂板的穩(wěn)定性展開(kāi)了一系列研究和實(shí)踐，并在此基礎(chǔ)上給出了諸多房式采空區(qū)失穩(wěn)的評(píng)價(jià)方法，這些豐富的研究成果為房式采空區(qū)的安全提供了重要保障。煤柱群-頂板系統(tǒng)失穩(wěn)是礦井更大災(zāi)害發(fā)生的誘因和前兆，但現(xiàn)有研究成果中缺少以煤柱群-頂板系統(tǒng)為整體對(duì)象建立的失穩(wěn)判據(jù)，不能為礦井采空區(qū)災(zāi)害的有效預(yù)測(cè)提供依據(jù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：
2、s1：獲取房式采空區(qū)中煤柱地質(zhì)與開(kāi)采參數(shù)；
3、s2：確定各煤柱的片幫尺寸；
4、s3：計(jì)算各煤柱的有效從屬承載面積，計(jì)算各煤柱有效支撐區(qū)域的彈性地基系數(shù)，計(jì)算各煤柱承受的平均應(yīng)力；計(jì)算各煤柱有效承載尺寸的強(qiáng)度；
5、s4：計(jì)算采空區(qū)各煤柱的安全系數(shù)，判定安全系數(shù)小于臨界值的煤柱失穩(wěn)，安全系數(shù)大于臨界的煤柱不失穩(wěn)；
6、s5：刪除所有失穩(wěn)煤柱，對(duì)所有失穩(wěn)煤柱的相鄰煤柱返回s3重新進(jìn)行計(jì)算，直至刪除所有安全系數(shù)小于臨界值的煤柱；
7、s6：圈定失去煤柱群支撐的懸露頂板范圍；
8、s7：根據(jù)懸露頂板邊界條件，計(jì)算懸露頂板的彎矩，用極限法求得最大彎矩，計(jì)算懸露頂板承受的最大拉應(yīng)力；
9、s8：判斷懸露頂板是否會(huì)破斷，若懸露頂板承受的最大拉應(yīng)力小于頂板的許用應(yīng)力，則頂板穩(wěn)定；反之，則懸露頂板破斷垮落。
10、優(yōu)選的，步驟s1中，所述開(kāi)采參數(shù)包括各煤柱的位置、初始長(zhǎng)度、初始寬度及高度；建立坐標(biāo)系，以煤柱長(zhǎng)度方向?yàn)閤軸，煤柱寬度方向?yàn)閥軸。
11、優(yōu)選的，步驟s2中，根據(jù)公式(1)計(jì)算煤柱i的片幫剝落尺寸；
12、lpbi＝0.1624hpi0.8135ti0.1865(1)
13、式中：lpbi為煤柱i的片幫剝落尺寸；hpi指煤柱i的高度；ti指煤柱i的形成的時(shí)間。
14、優(yōu)選的，步驟s3中，利用公式(2)計(jì)算煤柱i有效支撐區(qū)域的彈性地基系數(shù)
15、
16、式中：kpi為煤柱i有效支撐區(qū)域的彈性地基系數(shù)；epi表示煤柱i的彈性模量；lpxi表示煤柱i在x方向上的長(zhǎng)度；lpyi表示任意煤柱i在y方向上的寬度；lfxi表示煤柱i處煤房在x方向上的長(zhǎng)度；lfyi表示煤柱i處煤房在y方向上的寬度。
17、優(yōu)選的，步驟s3中，利用公式(3)計(jì)算煤柱i承受的平均應(yīng)力
18、
19、式中：σpi為煤柱i承受的平均應(yīng)力；xi1和xi2分別表示煤柱i在x方向的原始起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，yi1和yi2分別表示煤柱i在y方向的原始起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)；ωi為煤柱i處頂板的撓度。
20、優(yōu)選的，步驟s3中，利用公式(4)計(jì)算煤柱i有效承載尺寸的強(qiáng)度
21、
22、式中：σqi為煤柱i有效承載尺寸的強(qiáng)度；σmi為煤柱i單軸抗壓強(qiáng)度；lpi為煤柱i原始短邊的長(zhǎng)度；α為常數(shù)，當(dāng)lpi/hpi>5時(shí)，α取值為1.4，當(dāng)lpi/hpi<5時(shí)，α取值為1.0。
23、優(yōu)選的，步驟s4中，利用公式(5)計(jì)算采空區(qū)各煤柱i的安全系數(shù)
24、
25、式中：fpi為煤柱i的安全系數(shù)。
26、優(yōu)選的，步驟s7中，分別利用公式(6)、公式(7)計(jì)算四邊固支懸露頂板和四邊簡(jiǎn)支懸露頂板的彎矩
27、
28、式中：mx為懸露頂板在x方向上的彎矩；my為懸露頂板在y方向上的彎矩；q為上覆巖層載荷；a為懸露頂板長(zhǎng)度；b為懸露頂板寬度；μr為頂板的泊松比；
29、
30、優(yōu)選的，步驟s7中，利用公式(8)計(jì)算懸露頂板承受的最大拉應(yīng)力
31、
32、式中：σt為懸露頂板受到的最大拉應(yīng)力；mmax為懸露頂板最大彎矩；hr是頂板厚度。
33、優(yōu)選的，步驟s8中，利用公式(9)判斷懸露頂板是否會(huì)破斷
34、
35、式中：[σ]為頂板的許用抗拉強(qiáng)度。
36、有益技術(shù)效果：本發(fā)明進(jìn)行煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法研究能通過(guò)分析煤柱群與頂板的相互作用，識(shí)別潛在的煤巖失穩(wěn)觸發(fā)點(diǎn)，完善采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)理論體系，預(yù)測(cè)可能引發(fā)的連鎖垮塌風(fēng)險(xiǎn)，避免突發(fā)性礦難發(fā)生，為復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤炭開(kāi)采提供技術(shù)支持。
1.煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟s1中，所述開(kāi)采參數(shù)包括各煤柱的位置、初始長(zhǎng)度、初始寬度及高度；建立坐標(biāo)系，以煤柱長(zhǎng)度方向?yàn)閤軸，煤柱寬度方向?yàn)閥軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟s2中，根據(jù)公式(1)計(jì)算煤柱i的片幫剝落尺寸；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟s3中，利用公式(2)計(jì)算煤柱i有效支撐區(qū)域的彈性地基系數(shù)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟s3中，利用公式(3)計(jì)算煤柱i承受的平均應(yīng)力
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟s3中，利用公式(4)計(jì)算煤柱i有效承載尺寸的強(qiáng)度
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟s4中，利用公式(5)計(jì)算采空區(qū)各煤柱i的安全系數(shù)
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟s7中，分別利用公式(6)、公式(7)計(jì)算四邊固支懸露頂板和四邊簡(jiǎn)支懸露頂板的彎矩
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟s7中，利用公式(8)計(jì)算懸露頂板承受的最大拉應(yīng)力
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的煤柱群-頂板系統(tǒng)鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟s8中，利用公式(9)判斷懸露頂板是否會(huì)破斷