区,削弱可能发生的自然冒落所激起的空气冲击波,最终消除冲击地压隐患,
并使顶板应力向有利于安全开采的方向重分布,确保安全生产。因此有必要研究
切槽位置、切槽深度和切槽宽度这
3 个基本参数的设计方法,并计算排入处理过
的采空区中的合理厚度。
2.1 切槽放顶法的基本参数研究
2.1.1 切槽位置研究
2.1.1.1 首次切槽位置
按照材料力学模型
[1] [2]
,推导出首次切槽位置为:
,(
1)
式中,
α
表示采空场
倾角,
(
°);x为从分析截面至866 m标高处顶板的斜长,
m;a表示866 m至1 133 m的顶板斜长,m;b表示1 133 m至露头的顶板斜长,
m;H表示地表至露头垂直高差,m。
2.1.1.2 二次切槽位置
同样,继椟推导出二次切槽的位置为:
X
1
=b+c+d+
,(
2)
式中,
c≈161.1 m(顶板斜长); r 表示岩体密度,10
4
N/m
3
;
R
D
力矩。
在典型剖面
XVII,倾角 α≈40
0
,代入公式求出
x
0
≈164.2 m,则该处标高约为
971.5 m。若从 866 m 水平继续向下开采延伸至 780 m 水平,可求出二次切槽位
值
x
1
≈26.0 m,其对应标高约为 796.7m 。
2.1.2 切槽深度
根据断裂损伤力学理论和新成果,推导出切槽深度
L 计算公式为:
L
= ,(3)
式 中 ,
k 为 岩 体
松散系数;
H 为采空场顶、底板垂直高度;Z 为岩石声阻抗;S
t
为岩石抗拉强度;
σ 为原岩应力;r
e
为炮孔半径。
实践证明,按该公式设计切槽钻孔深度,能够保证顶板按要求跨落。
2.1.3 切槽宽度
按照井下空气动力学原理,推导出切槽宽度的计算公式为:
W
≧CNρ
空
V
2
/
(2fLρ
石
gcosα),(4)
式中,
ρ
石
为松散岩块密度;
g 为重力加速度;f 为松散岩块间的摩擦系数;C 为
阻力系数;
ρ
空
为空气密度;
V 为 W 宽的石渣堆可承受的气流速度;
N 为采空区断
面高度。
实践证明,按该公式设计堆坝宽度,能够确保阻断和削弱顶板冒落冲击波 ,
确保不产生危害。
2
/
1
3
2
2
2
2
0
sin
32
sin
58
58
4
sin
12
sin
16
16
5
272
2
1
sin
2
2
4
+
+
+
−
−
+
+
−
+
+
=
α
α
α
α
α
bH
aH
ab
a
b
a
Hb
H
b
a
H
b
a
x
−
α
sin
H
(
)
(
)(
)
(
)
(
)
α
α
α
α
α
cos
sin
2
sin
3
2
3
sin
2
sin
2
2
2
2
2
r
R
c
b
bd
c
H
c
c
b
d
c
c
b
d
c
b
H
d
c
b
H
D
+
−
−
−
+
+
+
+
+
+
+
+
(
)
e
t
r
S
k
H
×
−
Ζ
+
−
−
3
4
10
7
.
1
012
.
0
49033
1
2
1
σ
σ