[发明专利]一种浅埋煤层区段煤柱载荷计算模型及其计算方法

说明书

技术领域

本发明属于矿山压力技术领域，涉及一种浅埋煤层区段煤柱载荷计算模型及其计算方法。

背景技术

目前，基于埋深较大的地质条件，一般认为护巷煤柱上的载荷，是由煤柱上覆岩层重量及煤柱一侧或两侧采空区悬露岩层转移到煤柱上的部分重量所引起的，如图1所示。

煤柱上的总载荷为：

式中，P—煤柱上的总载荷，MN/m；

B—煤柱宽度，m；

D—采空区宽度，m；

H—煤层埋藏深度，m；

δ—采空区上覆岩层垮落角，°；

γ—上覆岩层平均容重，MN/m³。

煤柱单位面积的平均载荷即平均应力：

若按照公式1计算煤柱载荷，在埋藏浅、工作面宽度大的条件下，得出的煤柱载荷值为负数，与实际不符。因此，需要建立适用于浅埋煤层大采高条件的煤柱载荷计算模型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅埋煤层区段煤柱载荷计算模型及其计算方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种浅埋煤层区段煤柱载荷计算模型，包括用于矿井支撑的煤柱以及设置于两煤柱之间的巷道，其中煤柱上端为覆盖层，煤柱一侧为巷道，另一侧为采空区。

进一步的，采空区上方为冒落带和裂隙带，裂隙带穿过土层直接通达地表。

进一步的，覆盖层包括基岩层和土层，其中煤柱承受上覆盖层的重量。

一种区段煤柱载荷计算的方法，具体包括以下步骤：

1)、首先建立区段煤柱载荷计算模型，

2)、根据区段煤柱载荷计算模型分析，得到煤柱承受压力为上覆盖层的重量，

3)、根据载荷模型得到煤柱载荷P_煤柱为：

P_煤柱＝Bk(h₁·γ₁+h₂·γ₂)+k[r₁·h₁·h₁·cotα+(2h₁·cotα+h₂·cotβ)h₂·γ₂](3)

式中：P_煤柱—煤柱上的总载荷，MN/m；

h₁—基岩层厚度；

h₂—土层厚度；

α—基岩层垮落角；

β—土层垮落角；

B—煤柱宽度；

γ1—基岩层平均体积力；

γ2—土层平均体积力；

k—动载系数。

进一步的，其中基岩层垮落角α为20-25°，土层垮落角β为10-15°。

进一步的，具体的α为24°，具体的β＝12°。

进一步的，基岩层平均体积力γ₁为0.02-0.03MN/m³，γ₂为0.01-0.02MN/m³。

进一步的，具体的γ₁＝0.026MN/m³，具体的γ₂＝0.017MN/m³。

进一步的，基岩平均厚度h₁为100-150m，红土平均厚度h₂为0-50m，动载系数k＝1.49。

进一步的，具体的h₁＝109m，h₂＝34m。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：