[发明专利]一种工作面条式间隔充填开采设计方法

权利要求书

1.一种工作面条式间隔充填开采设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)采集煤样，测试煤层含矸率，计算矸石产出量；

(2)采集顶板与矸石岩样，测试顶板与矸石岩样的物理力学参数与矸石充填材料弹性地基系数k；所述顶板的物理力学参数包括：顶板厚度h、上覆岩层载荷q、顶板弹性模量E；

(3)建立条式间隔充填开采顶板力学模型，设定条式充填体宽度与间隔宽度，判定顶板是否稳定，具体步骤如下：

a.以顶板的旋转点O为坐标原点，垂直于工作面推进方向为x轴，顶板垂直下沉方向为w轴，建立条式间隔充填开采顶板力学模型；

b.计算顶板充填开采期间最大拉应力σ_max，计算方法为：

其中，l_b为条式充填体宽度，l_i为间隔宽度，q为上覆岩层作用于顶板的载荷，h为顶板厚度，E为顶板弹性模量，H为采高，k为充填体弹性地基系数；

c.采用第一强度理论判定顶板是否发生破断，具体的方法为：

σ_max≤σ_t

其中，σ_max为最大拉应力，σ_t为顶板抗拉强度；

d.若顶板不发生破断，进行步骤(4)；反之，根据矸石产出量，适当调整条式充填体宽度与间隔宽度，重新进行步骤(3)；

(4)采场顶板稳定后，计算设计矸石充填材料使用量，判定矸石充填材料量是否充足，具体步骤如下：

a.计算条式充填体个数n；

b.计算设计矸石充填材料使用量V_b；

c.判定矸石充填材料量是否充足：V_b≤V_p；

d.若矸石充填材料量充足，进行步骤(5)；反之，根据矸石产出量，适当调整条式充填体宽度与间隔宽度，重新进行步骤(3)；

(5)确定条式间隔充填开采关键参数：条式充填体宽度l_b、间隔宽度l_i，使得同时满足顶板稳定、矸石充填材料量充足的需求。

2.根据权利要求1所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法，其特征在于，所述矸石产出量V_p的计算方法为：

其中，为含矸率，m_c为煤炭产量，ρ_c为煤炭密度，V₀为现有矸石山矸石量。

3.根据权利要求1所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法，其特征在于，所述条式充填体个数n的计算方法为：

其中，l为采长，l_b为条式充填体宽度，l_i为间隔宽度。

4.根据权利要求1所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法，其特征在于，所述设计矸石充填材料使用量V_b的计算方法为：

V_b＝nLl_b

其中，L为开采走向长度。