经验公式法及其修正

Question

如题所述

Answer 1

20世纪40～80年代,我国煤矿进行了大量覆岩破坏现场测量,获得了对覆岩破坏最终形态及最大高度的认识,得到了冒落带、导水裂隙带最大高度(简称为冒高和导高)的经验公式。北京煤炭开采所研究总结出分层开采时冒落高度、导水裂隙带与累计采厚之间的分式函数关系为

、

。《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(简称“三下规程”)中,给出了缓倾斜煤层冒高、导高的预测公式,如表1.1所示。

表1.1 中缓倾斜煤层开采导高与采厚的关系

续表

注：∑M为累计采厚；公式应用范围为单层采厚1～3m,累计采厚不超过15m；计算公式中±号项为中误差

通过统计和回归得到的经验公式,在我国华北煤田得到广泛应用,随着煤矿现代化生产的发展,其局限性日益突出。①顶板的划分粗略。单单依据极限抗压强度值域范围和覆岩岩性对顶板进行四类划分。在一个矿区范围内,大多只能应用一个公式进行上“三带”计算。例如开滦矿区依据其煤层顶板岩石物理力学性质特点,煤层顶板皆属于中硬强度,依据“三下规程”,当煤层倾角小于54°时,

；当煤层倾角为55°～85°时,H裂=100hM

。而事实上开滦不同矿区,冒高、导高相差较大。而顶板的类型应取决于组成顶板的岩体、岩体结构类型及岩体间的组合特征。②较少的反映了影响冒落带、导水裂隙带发育的因素,经验公式针对缓倾(＜54°)、急倾斜(55°～85°)归纳总结出分式关系,

、

或

，该公式中仅反映累计采厚与冒裂高度的关系。而依据实际情况,除采厚之外,影响冒裂高度的因素是多方面的,包括采深、采空区面积、缓倾(或急倾)中的倾角变化、采煤方法与顶板管理等。③随着时代的推移,煤矿开采条件和生产方式发生了较大的变化。一方面,70～80年代我国北方各煤矿的开采深度基本在300m以上,而现代煤矿采深大幅度增加；二大采高、放顶煤等新的开采方法多为应用,单层采厚由从前的1～3m,提高至目前的5～6m。(我国有支护的综采支架高达6.3m,可以对6.3m厚的煤层进行一次采全高)。目前放顶煤开采的最大高度达20m。新的形势突破了经验公式适用的条件限制,经验公式法确定冒裂高度愈来愈不能满足矿井安全生产的需要。

然而,与其他方法相比,经验公式简单、可操作性强的优点突出,不仅未遭淘汰,而且多年来众多煤矿和研究者都在寻找适合本矿冒裂采厚比或更为精确的经验公式。如开滦东欢坨矿总结其8煤层顶板裂高采厚比为15.4。刘立民(1997)运用因素分析及回归模型优化方法,得出倾角小于35°,长壁式冒落法开采,顶板导水裂隙带高度(H_裂)与煤层开采厚度(∑M)及顶板岩层单向抗压强度的加权平均值

之间的归方程：

煤层开采顶板导水裂隙带高度预测理论与方法

李洋(2005)根据准南潘谢矿区近年来导水裂隙带实测资料,运用数学回归分析得出了软弱和中硬顶板类型导高(y)与采厚(x)的计算公式(表1.2),该公式更适用于淮南矿区及其他地质条件类似矿区。由此可见,经验公式法应用于冒裂高度的计算,表现出蓬勃的生命力,更需要进一步的深入研究与发展,提高其适用性与准确性。

表1.2 导高与采厚关系的数学回归分析结果