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专利号: 2018112857729
申请人: 华北科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种综合预测煤层巷道冒顶高度和隐患分级的方法,其特征在于,包括:步骤一,将巷道冒顶类型i分为四种:裂隙围岩体巷道顶板局部块体冒顶、蝶形塑性区碎裂围岩体巷道顶板冒顶、弱粘结层状围岩体巷道复合顶板冒顶和松散围岩体巷道顶板冒顶;

步骤二,针对每种冒顶类型建立数学模型,分别计算在矿井顶板上第k个坐标点的上述四种冒顶类型的冒顶高度隐患值Hi;

步骤三,根据每种冒顶发生的经验概率,获得每种冒顶发生概率的加权平均系数,根据所述四种冒顶类型的冒顶高度隐患值Hi和每种冒顶发生概率的加权平均系数,获得冒顶高度的综合预测值Hk;

其中,i=1,2,3,4;k=1,2,……,n。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述裂隙围岩体巷道顶板局部块体冒顶高度隐患值H1,按如下方式获得:建立了裂隙围岩体巷道顶板关键块体坠落力学模型,获得了巷道顶板六面体岩块临界稳定高度与岩体环境间的定量关系式,即:其中,块体临空面长度l、块体结构面倾角α、摩擦角 测压系数λ。

3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述蝶形塑性区碎裂围岩体巷道顶板冒顶高度隐患值H2,按如下方式获得:非等压状态下圆形巷道塑性区边界的隐函数表达式:

根据巷道埋深H、围岩容重γ、双向压力比值λ、围岩内聚力C和内摩擦角 利用上述公式获得巷道围岩不同θ时的塑性区径向深度r,进而根据公式:获得蝶叶型冒顶隐患高度H2。

4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述弱粘结层状围岩体巷道复合顶板冒顶高度隐患值H3,按如下方式获得:首先根据顶板岩层分层厚度hn、分层载荷qx、分层强度σtx、采动影响系数fc、埋深影响系数fm、地应力异常影响系数fd、岩层完整性影响系数fw,从下至上判定岩层的稳定性,直至遇到稳定岩层,其判别依据及准则为:该岩层的极限跨距[L]小于巷道的实际跨度L时,则该岩层失稳垮落;该岩层的极限跨距[L]大于巷道的实际跨度L时,且根据形成过梁结构的长短细分为两种形式:形式一,若形成的过梁结构趋于固支梁时,该岩层稳定;形式二,若形成的过梁结构介于固支梁和简支梁之间时,判断该岩层是否满足铰接岩块结构的滑落失稳条件和铰接岩块结构的变形失稳条件,满足任一失稳条件则该岩层失稳垮落,反之该岩层稳定;

层状岩梁极限跨距的失稳公式:

铰接岩块结构的滑落失稳公式:

铰接岩块结构的变形失稳公式:

由此得到, 获得H3。

5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述松散围岩体巷道顶板冒顶高度隐患值H4,按如下公式获得:其中,巷道半径α,巷道高度H,围岩内摩擦角 普氏系数f顶。

6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,hk(i)为矿井第k个坐标点第i种类型巷道冒顶高度隐患值;

wk(i)为矿井第k个坐标点第i种巷道冒顶类型对应的加权平均系数;

Hk为矿井第k个坐标点的巷道冒顶高度综合预测值;

其中,i=1,2,3,4;k=1,2,…,n。

7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,根据各个坐标点的冒顶高度来确定其冒顶级别,从而将巷道顶板划分为具有不同冒顶级别的区域。