[發明專利]一種基于敏感因子確定遺留煤柱下煤巷合理位置分析方法

有效

• 申請號: 201711042385.8
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107665285B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 神文龍;王猛;柏建彪;郭文兵;肖同強;康繼忠
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14;G06Q50/02;E21C41/18
• 代理公司: 鄭州浩德知識產權代理事務所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

1.一種基于敏感因子確定遺留煤柱下煤巷合理位置分析方法，其特征在于：所述的基于敏感因子確定遺留煤柱下煤巷合理位置的方法包括以下步驟：

第一步，確定遺留煤柱分布位置，根據施工目標作業需要，首先將待分析區域內的各遺留煤柱的分布位置、高度、最小直徑、最大直徑、與水平面夾角、遺留煤柱頂部地層厚度參數，同時為各遺留煤柱編訂統一識別編號，并通過制圖軟件預制待分析區域三維地質結構圖,并將檢測的各數據一方面標注在圖中相應的各遺留煤柱處，另將各數據匯總到統一數據匯總表中備用；

第二步，構建遺留煤柱內支承應力分布數學模型，第一步中采集的各數據信息，對遺留煤柱進行彈塑性承載特征分析，分析其內部支承應力的分布形態并根據分析結構構建出遺留煤柱內支承應力分布的數學模型，然后在遺留煤柱內支承應力分布的數學模型的基礎上依據邊界條件推導出遺留煤柱內支承應力函數，并通過該函數計算出各遺留煤柱相應的函數值；

第三步，構建底板巖層中集中力傳遞模型，對第二步中遺留煤柱內支承應力函數解進行積分求解，獲得遺留煤柱中各點的應力狀態解析解，將該解析解與原巖應力的比值定義為應力集中系數ζ，然后將垂直應力與水平應力的比值定義為側壓力系數λ，將其對水平錯距的偏導定義為應力梯度δ，由此確定遺留煤柱下任一層位的敏感因子分布規律；

第四步，構建基于巷道圍巖彈塑性狀態求解模型，基于第三步獲得的敏感因子分布規律，建立敏感因子對圍巖塑性破壞的解析分析模型，首先通過該模型對固定側壓力系數λ為1，應力梯度δ為0時，解析確定應力集中系數ζ對圍巖塑性區的影響規律；然后通過該模型對固定應力梯度δ為0，分別取應力集中系數ζ為2、5、10時，解析確定側壓力系數λ對圍巖塑性區的影響規律；最后通過該模型對固定側壓力系數λ為1，分別取應力集中系數ζ為2、5、10，解析確定應力梯度δ對圍巖塑性區的影響規律，并由此可獲得三個敏感因子對巷道圍巖塑性區的協同作用規律；

第五步，分析獲得遺留煤柱下近距離煤層巷道合理水平錯距，基于第四步獲得的敏感因子對巷道圍巖塑性區的作用規律，進一步獲得使圍巖塑性區較小的每個敏感因子的最優解范圍，然后在結合第四步獲得的遺留煤柱下敏感因子的分布規律，可確定滿足每個敏感因子最優解范圍的最佳水平錯距區間，然后取三個敏感因子對應的最佳水平錯距區間的交集，即可確定遺留煤柱下近距離煤層巷道合理水平錯距。

2.根據權利要求1所述的一種基于敏感因子確定遺留煤柱下煤巷合理位置分析方法，其特征在于：所述的第一步中，各遺留煤柱的編號采用8進制編碼和16進制編碼中的任意一種。

3.根據權利要求1所述的一種基于敏感因子確定遺留煤柱下煤巷合理位置分析方法，其特征在于：所述的第二步和第三步中，遺留煤柱內支承應力分布的數學模型f(ξ)為：

式中：

D-遺留煤柱寬度的二分之一，單位為m；

ξ-煤柱內距遺留煤柱中心的水平錯距，單位為m；

a、b、c、d-數學模型求解參數，具體運算函數為；

式中，K-遺留煤柱內峰值應力集中系數；

γ-遺留煤柱上覆巖層平均容重，單位為N/m³；

H-遺留煤柱上覆巖層的厚度，單位為m；

R_c′-煤體峰后殘余抗壓強度，單位為MPa；

w-遺留煤柱內塑性區寬度，單位為m；

L-采空區未壓實區寬度，單位為m。

4.根據權利要求3所述的一種基于敏感因子確定遺留煤柱下煤巷合理位置分析方法，其特征在于：所述的遺留煤柱內塑性區寬度w的運算函數為：

式中，Rc-煤體單軸抗壓強度，單位為MPa；

C0-遺留煤柱內聚力，單位為MPa；

φ0-遺留煤柱內摩擦角，單位為°；

h-遺留煤柱高度，單位為m；

A-側壓系數；

Px-為遺留煤柱側面的支護強度，單位為MPa。