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申请/专利权人：山西大同大学

摘要：本发明涉及采矿工程中覆岩破断特征领域，具体涉及覆岩裂断损伤能量耗散区最大高度确定方法。沿工作面倾向，即沿工作面面长方向的二维平面进行覆岩裂断损伤能量耗散计算，工作面回采方向取单位长度，求解覆岩裂断损伤能量耗散区最大高度。根据岩层移动的“黑箱”理论，以能量耗散指标定量研究覆岩采动损伤的程度和范围，将煤层直至地表的整个覆岩结构视为一个系统，不再考虑覆岩裂断损伤的内部运动及破坏过程，只分析能量耗散区的空间形态及破坏最终状态，计算结果能够涵盖覆岩微裂隙发育的弹性损伤范围，计算结果更加准确。

主权项：1.覆岩裂断损伤能量耗散区最大高度确定方法，取沿工作面面长方向的二维平面进行覆岩裂断损伤能量耗散计算，其特征在于，包括如下步骤：根据能量守恒定律，得Em＝Ed1式中，Em是开采煤层中储存的总应变能，Ed是能量耗散区储存的总应变能；工作面煤层回采采用全部垮落法管理顶板，忽略体力的影响，得 其中，Tip是作用于煤层未开采前表面上的应力或牵引矢量，是煤层未开采前的位移矢量的分量，Sm是开采煤层的表面积，上标p代表原岩状态；Tip与用下式表示 式中，E为煤岩体的弹性模量，σv为上覆岩层的初始应力，H为煤层埋深，γ为煤岩体的容重，v为煤岩体的泊松比；将式4代入式3，得： 式中，是开采煤层的表面积Sm相对于地面的平面惯性矩，根据材料力学中惯性距的平行轴定理：I＝I0+LhD26其中，为开采煤层横截面相对于穿过其中心水平线的惯性矩，D＝H+h2为穿过工作面中心的水平线与地面之间的距离，L为工作面面长，h为煤层采高，则： 将式7代入5中： 忽略裂断岩体的粘塑性应变能，在工作面回采过程中，能量耗散区储存的总应变能等于系统中存储弹性应变能；将工作面上方能量耗散区视为一个单独的系统，得 式中，σd为施加能量耗散区上的垂直应力，视为裂断岩体的单轴抗压强度σc，ε为裂断岩体的应变，Hd为能量耗散区的高度，充分采动状态下达到最大值，Ad是能量耗散区的单位面积；裂断岩体的应变ε通过下式计算： 其中，Kp为裂断岩体的碎胀系数；将式10代入式9中，简化得： 将式8和式11代入式1中，得到能量耗散区高度Hd Hd是能量耗散区的高度，充分采动状态下达到最大值。

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