[發明專利]一種基于地應力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法

在審

• 申請號: 202010433872.2
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111767593A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 袁永;朱成;王文苗;陳忠順;王圣志;鐘慧偉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06Q50/02;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種基于地應力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法，其特征在于：

根據采場圍巖內最大水平主應力σ_H、最小水平主應力σ_h與垂直應力σ_v的大小，將地應力場劃分為六種基本類型；在六種類型地應力場中分別選取不同的最大水平主應力側壓系數λ_H和最小水平主應力側壓系數λ_h，進而將各類型地應力場分別細劃為多組子應力場，在各子應力場中均考慮巷道軸向與最大水平主應力的夾角α為0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的不同情況，采用FLAC3D有限差分程序基于各子應力場類型、巷道軸向與最大水平主應力的不同夾角α分別建立數值計算模型，對模型中巖體的物理力學參數進行均一化處理；通過遍歷數值計算確定各模型中巷道開挖后其頂板、左幫、右幫及底板內塑性區發育范圍與表面最大位移量，將三向等壓應力場σ₁中的上述各量分別作為參照量，將其他模型通過數值計算得到的各位置塑性區發育范圍、最大位移量與對應參照量的比值定義為該量隨夾角α變化的影響因子；將所有影響因子的乘積定義為巷道圍巖穩定性綜合評價系數S_α，通過比較各類型子應力場中S_α的大小，得到各類型地應力場中巷道合理布置方位，繼而通過地應力測試手段確定井下巷道擬布置區域的具體地應力場類型后，即可準確判別巷道的合理布置方位。

2.根據權利要求1所述的基于地應力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法，其特征在于具體步驟如下：

a首先利用最大水平主應力σ_H、最小水平主應力σ_h與垂直應力σ_v對距地表深度為h的地層所受地應力進行表示，基于三個主地應力的大小關系將地應力場細劃為六種類型：三向等壓型、σ_H型、σ_H水平等壓型、σ_Hv型、σ_v型、σ_v水平等壓型；

b在六種類型地應力場中分別選取不同的最大水平主應力側壓系數λ_H(σ_H/σ_v)和最小水平主應力側壓系數λ_h(σ_h/σ_v)，進而將各類型地應力場分別進一步細劃為多組子應力場，在各子應力場中均考慮巷道軸向與最大水平主應力的夾角α為0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的不同情況，采用FLAC3D有限差分程序基于各子應力場類型、巷道軸向與最大水平主應力的不同夾角α分別建立巷道開挖數值計算模型，對開挖數值計算模型中巖體的物理力學參數進行均一化處理；

c通過遍歷數值計算確定所有數值計算模型中巷道開挖后其頂板、左幫、右幫及底板內塑性區的發育范圍與表面的最大位移量數據，將三向等壓應力場σ₁中的各量分別作為參照量，將其他模型通過數值計算確定的頂板、左幫、右幫及底板內塑性區發育范圍、表明最大位移量與相對應參照量的比值定義為該量隨夾角α變化的影響因子，將所有影響因子的乘積定義為巷道圍巖穩定性綜合評價系數S_α，可知S_α的值越大代表巷道圍巖的穩定性越差，S_α的值越小則代表巷道圍巖的穩定性越好；

比較各類型子應力場中巷道軸向與最大水平主應力呈不同夾角條件下圍巖穩定性綜合評價系數S_α的大小，通過S_α最小值即可確定巷道的最佳布置方位，從而可以確定六種類型地應力場中巷道的合理布置方位；

d對實際需要布置井下巷道的區域進行地應力測試，根據測試結果確定井下巷道布置區域地應力場的具體類型，在確定了六種類型地應力場中巷道合理布置方位的前提下，通過實測確定了巷道所處地應力場具體屬于六種類型中的哪一種，從而確定了巷道的合理布置方位，從而削減水平應力對巷道圍巖穩定性的影響，提高巷道支護效率。