【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及巷道支护，具体为一种沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法。
技术介绍
1、在煤矿两侧实体煤工作面初采过程中，随着工作面的推进，顶板悬露面积逐渐增大，当工作面的推进距离达到基本顶的破断步距时，顶板将发生“o-x”初次破断，形成的关键三角块的回转动载会对沿空巷道的稳定产生强烈影响。而在相邻工作面二次回采时，已经沉降稳定的关键三角块受回采影响活化将发生二次回转，如何计算这一运动过程中关键三角块的回转动载，目前还没有专利对这一问题提出过技术方案，解决这一问题将有利于提高二次回采时沿空巷道超前段的稳定性和安全性，为制定超前支护方案提供技术支持。
2、为了解决上述难题，中国专利申请号202110499959.4公开一种基于动静载模拟的冲击地压危险评价方法，该技术方案拆分并重构震源原始混合震动波形为s波和p波，然后施加于矿井模型震源位置进行动载模拟计算，通过波的传递反推动载能量大小。然而，该方案只适用于大范围的动载能量预测，比如矿井冲击地压的监测，而不适用于小区域的动载能量精确计算。
3、中国专利申请号201810461961.0公开一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法，该技术方案根据收集到的相关地质信息建立三维计算模型，进行静力平衡计算，然后根据破坏或滑移的位置计算顶板释放的能量。然而，该方案既没有对沿空侧向顶板的回转运动做详细的分析，也没有研究关键三角块受回采影响发生二次回转的运动过程。
4、因此现，有技术有待进一步的改进和发展。
技术实现思路>
1、鉴于上述现有技术的不足，本专利技术拟提供一种沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法，用于估算关键三角块受回采影响二次回转产生的动载能量。
2、术语解释，本专利技术所述的沿空侧向顶板指的是在煤矿工作面沿空巷道上方如基本顶的厚硬顶板，受工作面回采影响而向工作面采空区进行回转下沉运动，从而对沿空巷道的稳定性造成巨大的影响。本专利技术所述的关键三角块则是沿空侧向顶板回转下沉运动中对沿空巷道影响最大的组成部分，由于块体整体呈现为类三角板，故称之为关键三角块。
3、为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
4、一种沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法，包括以下步骤：
5、步骤一：根据采煤工作面顶板破断的薄板理论，确定上工作面顶板破断时关键三角块沿上工作面推进方向的最大长度，也就是上工作面顶板的初次破断步距l；
6、由于沿空侧向顶板受回采影响的致灾动载主要来源于上工作面因回采形成的关键三角块因本工作面二次回采影响活化而发生的二次回转下沉运动。具体讲，就是在当前工作面推进过程中，相对于关键三角块所进行的工作面二次回采会使已经沉降稳定的关键三角块活化，向本工作面已采空间进行二次回转。其中，当本工作面推进至上工作面顶板初次破断步距l的一半时，关键三角块会因二次回采开始发生剧烈回转下沉运动从而产生致灾动载。基于这一原因，需要首先确定上工作面顶板的初次破断步距；所述的本工作面指的是当前准备开采的相邻于上工作面的工作面；
7、步骤二：确定关键三角块上各点受二次回采影响的平均下沉量
8、根据弹性理论，计算关键三角块受回采影响不断下沉的过程中，关键三角块受二次回采影响的最大下沉量δh；
9、将关键三角块视为等腰三角板，在沿着本工作面推进方向l/2处作本工作面倾向方向上的剖面(也就是说该剖面平行于本工作面倾向)，此时关键三角块在本工作面倾向剖面上的长度达到最大值，关键三角块受二次回采影响下沉量也达到最大值δh，这样关键三角块最大下沉量△h、关键三角块在沿工作面倾向上的投影长度和关键三角块在工作面倾向剖面上的长度组成一个三角形，其中的关键三角块在沿工作面倾向上的投影长度和关键三角块在工作面倾向剖面上的长度之间的夹角就是最大回转角。基于上述机理，由三角函数思想，计算关键三角块回转下沉过程中在本工作面倾斜方向上的最大回转角度；
10、再根据三角形质心定理，计算三角板质点的最大下沉量，该最大下沉量等同于关键三角块上各点受采动影响的平均下沉量；
11、步骤三：确定本工作面回采过程中关键三角块沿本工作面推进方向上的某一段所释放的动载能量δu
12、根据势能转化定理，并忽略能量损失，得到关键三角块在不同推进距离因回采发生二次回转释放的总能量u0，也就是在不同推进度下，关键三角块在自重和上覆岩层载荷共同作用下发生回转的过程中释放的总能量u0。
13、根据所取推进度的不同，得到关键三角块在不同推进度下释放的总回转动载能量，进而得到回采过程中关键三角块沿本工作面推进方向上的某一段所释放的动载能量δu。
14、进一步：为了评估沿空侧向顶板受回采影响的最大致灾动载，步骤一中，所述的上工作面指的是两侧均为实体煤的初采工作面，此时本工作面就是当前准备开采的第二工作面。其中，上工作面优选初采工作面的原因是：当项板初次破断之前，已采空间的悬空项板在三维空间上可以看作四边嵌固在岩层中的板，在工作面推进距离达到项板的极限破断步距时，由于项板的挠曲程度最大、积聚的弹性变形能最多，因此破断形成的关键三角块沿工作面走向方向的长度最长。基于此，优选初采工作面可用来估算沿工作面走向一定长度的关键三角块在二次回转过程中产生的动载上限，进而提出有针对性的超前支护优化技术方案。
15、进一步，确定两侧均为实体煤的初采工作面项板的初次破断步距，即上工作面项板的初次破断步距l0计算方法见公式(1)
16、
17、式中：
18、
19、σs为项板的单向抗拉强度，单位mpa；
20、α为项板断裂的附加虚位移常数，一般取0.3；
21、lx为初采两侧实体煤工作面斜长，单位m。
22、h为项板的厚度，单位m；
23、∑hi为项板上部软层的厚度，单位m；
24、γ为项板岩层的平均容重，单位kn/m3。
25、进一步：步骤二的详细方法是：
26、2.1：在关键三角块受回采影响不断下沉的过程中，根据弹性力学理论，关键三角块受二次回采影响的最大下沉量δh为：
27、δh＝h2-h1(ka-1) (3)
28、式中：
29、δh为关键三角块受二次回采影响的最大下沉量，单位m；
30、h1为直接项的厚度，单位m；
31、h2为煤层的厚度，单位m；
32、ka为项板岩石的碎胀系数，一般取1.15～1.35。
33、2.2：由三角函数思想，得到关键三角块回转下沉过程中在本工作面倾斜方向上的最大回转角度θ
34、
35、式中：
36、ξ为关键三角块沿本工作面倾斜方向上的长度系数，用来衡量关键三角块的最大倾向长度和沿本工作面走向方向上长度的关系；
37、
38、2.3：由三角形质心定理和空间几何关系确本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法，其特征在于，所述的上工作面指的是两侧均为实体煤的初采工作面，此时本工作面就是当前准备开采的第二工作面。
3.如权利要求2所述的沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法，其特征在于，初采作面顶板的初次破断步距L0计算公式见公式(1)
4.如权利要求2所述的沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法，其特征在于，步骤二的详细方法是：
5.如权利要求2所述的沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法，其特征在于，步骤三的详细方法是：
【技术特征摘要】
1.一种沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的沿空侧向顶板受回采影响致灾动载评估方法，其特征在于，所述的上工作面指的是两侧均为实体煤的初采工作面，此时本工作面就是当前准备开采的第二工作面。
3.如权利要求2所述的沿空侧向顶板受回...
【专利技术属性】
技术研发人员：张修峰，王存文，刘学生，陈洋，谭云亮，张欣荣，范德源，满操，王敬冰，王宇，宁廷洲，
申请(专利权)人：山东能源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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