[发明专利]一种采动地裂缝预测方法

说明书

本发明公开一种采动地裂缝预测方法，包括：获取开采地区岩层产状尺度信息和岩土介质特性，得出开采地区的原岩初始结构；确定开采地区的开采因素；根据开采地区的原岩初始结构和开采因素分析开采扰动对松散层的影响，确定每次来压时松散层拱承载结构跨度和松散层拱承载结构拱高；根据所获得的松散层拱承载结构跨度和松散层拱承载结构拱高，确定松散层拱梁结构上边界最大拉应力；根据松散层极限抗拉强度与松散层拱梁结构上边界最大拉应力，对松散层拱梁结构稳定性进行判定，若拱梁结构失稳破裂，则判断地表首条裂缝形成。本发明给出了拱梁结构稳定性判据，提高对矿区地表裂缝排查的准确性以便进行及时的灾害防治。

技术领域

本发明涉及煤矿开采相关技术领域，特别是一种采动地裂缝预测方法。

背景技术

浅埋厚松散层薄基岩下煤层开采过程中，地表厚松散层(主要为砂土层)垮落重量并非瞬间全部作用于老顶关键块，存在“松散层拱”承载结构。松散层拱结构对上覆岩土层发挥承载作用，进而影响着地表裂缝的发育及分布规律。目前，针对煤炭开采地表裂缝位置预测的研究较多，但是考虑松散层拱承载作用的研究却很少。

一部分现有技术虽然建立了松散层拱条件下关键块稳定性力学模型，揭示了松散层拱对采动覆岩稳定性的影响规律，但并未研究松散层拱结构承载作用对地表裂缝的影响。

另一部分现有技术等通过建立厚砂土层拱梁结构力学模型，得出了拱梁内的应力分量，但缺乏实际可操作性，并未明确松散层拱结构的形态方程。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术无法进行厚松散层薄基岩条件下采动地裂缝预测的技术问题，提供一种采动地裂缝预测方法。

本发明提供一种采动地裂缝预测方法，包括：

获取开采地区岩层产状尺度信息和岩土介质特性，得出开采地区的原岩初始结构，所述原岩初始结构包括所述岩层产状尺度信息和所述岩土介质特性；

确定开采地区的开采因素；

根据开采地区的原岩初始结构和开采因素分析开采扰动对松散层的影响，确定每次来压时松散层拱承载结构跨度和松散层拱承载结构拱高；

根据所获得的松散层拱承载结构跨度和松散层拱承载结构拱高，确定松散层拱梁结构上边界最大拉应力；

根据松散层极限抗拉强度与松散层拱梁结构上边界最大拉应力，对松散层拱梁结构稳定性进行判定，若拱梁结构失稳破裂，则判断地表首条裂缝形成。

进一步地，所述岩层产状尺度包括岩土层的厚度和埋深。

进一步地，所述岩土介质特性包括松散层容重γ、松散层内摩擦角φ、松散层内聚力C、松散层砂土密度ρ。

更进一步地，所述开采因素包括煤层工作面基岩破断角α、推进距离L、初次来压步距L_f、周期来压步距L_p，来压次数n，其中，L＝L_f+(n-1)L_p。

再进一步地，所述松散层拱承载结构跨度l_n为：

l_n＝L_f+(n-1)L_p-2ΣM·cotα，式中，∑M为基岩层厚度，α为基岩层破断角。

再进一步地，所述松散层拱承载结构拱高h_n为：

其中，h_n+H_n＝ΣH；

式中，H_n为工作面来压时松散层拱上覆填土层厚度，∑H为松散层厚度。

再进一步地，所述松散层拱梁结构上边界最大拉应力为：