[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201711042385.8
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107665285B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 神文龍;王猛;柏建彪;郭文兵;肖同強(qiáng);康繼忠
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

本發(fā)明涉及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，包括確定遺留煤柱分布位置，構(gòu)建遺留煤柱內(nèi)支承應(yīng)力分布數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建底板巖層中集中力傳遞模型，構(gòu)建基于巷道圍巖彈塑性狀態(tài)求解模型及分析獲得遺留煤柱下近距離煤層巷道合理水平錯距等五個步驟。本發(fā)明提供的一種確定遺留煤柱下煤巷合理位置的敏感因子法，基于應(yīng)力集中系數(shù)、應(yīng)力梯度、側(cè)壓力系數(shù)三個敏感因子對煤巷圍巖穩(wěn)定性協(xié)同作用規(guī)律，通過遺留煤柱內(nèi)支承應(yīng)力對近距離下位煤層三個敏感因子的影響規(guī)律，確定最佳的下位煤層巷道水平錯距，該水平錯距使下位煤巷避開應(yīng)力集中區(qū)的同時，免受不合理應(yīng)力梯度和側(cè)壓力系數(shù)的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉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，屬采礦技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為電力能源、工業(yè)原料、化工原料的煤炭資源正向高效、清潔利用轉(zhuǎn)型，仍是保障未來世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力源泉之一。我國近距離煤層群賦存廣泛，如淮南礦區(qū)、大同礦區(qū)、神東礦區(qū)、新疆煤田等，如何精準(zhǔn)、高效、綠色開采該類條件下的煤炭資源成為一個普遍性難題，面臨諸多挑戰(zhàn)。

近距離煤層群普遍采用逐層下行開采工藝，上部煤層采完后，存在大量的區(qū)段遺留煤柱，給下位煤層回采巷道的布置帶來了難題，逐漸發(fā)展形成了內(nèi)錯布置、外錯布置、重疊布置、交錯布置方式，主要用于避開上部遺留煤柱在下位煤層中產(chǎn)生的應(yīng)力集中區(qū)和減小下位煤層區(qū)段煤柱寬度。

遺留煤柱內(nèi)的支承應(yīng)力向下位煤層傳遞，影響下位煤層應(yīng)力的分布形態(tài)，存在高應(yīng)力集中區(qū)、高應(yīng)力變化率區(qū)、高側(cè)壓力系數(shù)區(qū)，僅僅使下位煤層回采巷道避開垂直應(yīng)力集中區(qū)無法避開上部遺留煤柱的影響，還應(yīng)考慮遺留煤柱下位煤層內(nèi)垂直應(yīng)力變化、水平應(yīng)力及其變化對下位煤層巷道的作用。

因此針對以上問題，在實(shí)際的施工中，迫切需要一種可靠性及計算精度高，且數(shù)據(jù)計算量小的遺留煤柱下煤巷合理位置分析方法，以便為后續(xù)開采作業(yè)提供科學(xué)合理的施工規(guī)劃依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明提供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及設(shè)計方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

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，方法包括以下步驟：

第一步，確定遺留煤柱分布位置，根據(jù)施工目標(biāo)作業(yè)需要，首先將待分析區(qū)域內(nèi)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(shù)，同時為各遺留煤柱編訂統(tǒng)一識別編號，并通過制圖軟件預(yù)制待分析區(qū)域三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖,并將檢測的各數(shù)據(jù)一方面標(biāo)注在圖中相應(yīng)的各遺留煤柱處，另一將各數(shù)據(jù)匯總到統(tǒng)一數(shù)據(jù)匯總表中備用；

第二步，構(gòu)建遺留煤柱內(nèi)支承應(yīng)力分布數(shù)學(xué)模型，第一步中采集的各數(shù)據(jù)信息，對遺留煤柱進(jìn)行彈塑性承載特征分析，分析其內(nèi)部支承應(yīng)力的分布形態(tài)并根據(jù)分析結(jié)構(gòu)構(gòu)建出遺留煤柱內(nèi)支承應(yīng)力分布的數(shù)學(xué)模型，然后在遺留煤柱內(nèi)支承應(yīng)力分布的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上依據(jù)邊界條件推導(dǎo)出遺留煤柱內(nèi)支承應(yīng)力函數(shù)，并通過該函數(shù)計算出各遺留煤柱相應(yīng)的函數(shù)值；

第三步，構(gòu)建底板巖層中集中力傳遞模型，對第二步中遺留煤柱內(nèi)支承應(yīng)力函數(shù)解進(jìn)行積分求解，獲得遺留煤柱中各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)解析解，將該解析解與原巖應(yīng)力的比值定義為應(yīng)力集中系數(shù)ζ，然后將垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力的比值定義為側(cè)壓力系數(shù)λ，將其對水平錯距的偏導(dǎo)定義為應(yīng)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(guī)律；