1.一种工作面条式间隔充填开采设计方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)采集煤样,测试煤层含矸率,计算矸石产出量;
(2)采集顶板与矸石岩样,测试顶板与矸石岩样的物理力学参数与矸石充填材料弹性地基系数k;
(3)建立条式间隔充填开采顶板力学模型,设定条式充填体宽度与间隔宽度,判定顶板是否稳定;
(4)采场顶板稳定后,计算设计矸石充填材料使用量,判定矸石充填材料量是否充足;
(5)确定条式间隔充填开采关键参数:条式充填体宽度lb、间隔宽度li,使得同时满足顶板稳定、矸石充填材料量充足的需求。
2.根据权利要求1所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法,其特征在于,所述矸石产出量Vp的计算方法为:其中,为含矸率,mc为煤炭产量,ρc为煤炭密度,V0为现有矸石山矸石量。
3.根据权利要求1所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法,其特征在于,所述顶板的物理力学参数包括:顶板厚度h、上覆岩层载荷q、顶板弹性模量E。
4.根据权利要求1所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法,其特征在于,所述步骤(3)中具体步骤如下:a.以顶板的旋转点O为坐标原点,垂直于工作面推进方向为x轴,顶板垂直下沉方向为w轴,建立条式间隔充填开采顶板力学模型;
b.计算顶板充填开采期间最大拉应力σmax;
c.采用第一强度理论判定顶板是否发生破断;
d.若顶板不发生破断,进行步骤(4);反之,根据矸石产出量,适当调整条式充填体宽度与间隔宽度,重新进行步骤(3)。
5.根据权利要求4所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法,其特征在于,所述最大拉应力σmax的计算方法为:其中,lb为条式充填体宽度,li为间隔宽度,q为上覆岩层作用于顶板的载荷,h为顶板厚度,E为顶板弹性模量,H为采高,k为充填体弹性地基系数。
6.根据权利要求4所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法,其特征在于,判定顶板是否发生破断的方法为:σmax≤σt
其中,σmax为最大拉应力,σt为顶板抗拉强度。
7.根据权利要求1所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法,其特征在于,所述步骤(4)中具体步骤如下:a.计算条式充填体个数n;
b.计算设计矸石充填材料使用量Vb;
c.判定矸石充填材料量是否充足:Vb≤Vp;
d.若矸石充填材料量充足,进行步骤(5);反之,根据矸石产出量,适当调整条式充填体宽度与间隔宽度,重新进行步骤(3)。
8.根据权利要求7所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法,其特征在于,所述条式充填体个数n的计算方法为:其中,l为采长,lb为条式充填体宽度,li为间隔宽度。
9.根据权利要求7所述的一种工作面条式间隔充填开采设计方法,其特征在于,所述设计矸石充填材料使用量Vb的计算方法为:Vb=nLlb
其中,L为开采走向长度。