[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

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，適用于煤礦井下。根據采場圍巖內最大水平主應力、最小水平主應力與垂直應力，將地應力場劃分為六種基本類型；進而將各類型地應力場分別細劃為多組子應力場，建立數值計算模型，對模型進行均一化處理；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，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。有效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，同時還可判定同一類型地應力場中隨側壓系數的變化巷道圍巖穩定性的變化趨勢。

技術領域

本發明涉及一種井下巷道合理布置方位的方法，尤其適用于煤炭開采使用的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。

背景技術

地應力是影響井下巷道圍巖穩定性的重要因素。深部開采已成為煤炭資源開采的新態勢，隨著礦井開采深度不斷增加，地質條件越來越復雜，地應力對巷道圍巖變形破壞的影響更加突出。目前，針對井下巷道的合理布置方位的理論中以最大水平應力理論的應用最為廣泛，但該理論是以最大水平主應力是第一主應力為背景提出的：(1)巷道軸向與最大水平主應力平行時，圍巖受主應力影響最小，最有利于巷道維護；(2)巷道軸向與最大水平主應力垂直時，受主應力影響最大，對巷道頂底板穩定最為不利；(3)巷道軸向與最大水平主應力斜交時，頂底板變形破壞將偏向巷道某一側。

有學者基于圍巖法向應力均衡與最大切應力理論，認為巷道合理布置方式與其所處地應力場的類型密切相關，提出在垂直應力為第一主應力的前提下，巷道垂直最大水平主應力方向布置最利于圍巖穩定；最大水平主應力與最大水平主應力分別為第一、二主應力時，巷道平行與最大水平主應力方向布置最佳；而當垂直應力為第二主應力的條件下，給出了巷道最優布置角度α₀的計算公式，即式(1)，認為巷道最優布置角度居于0°～90°之間。也有學者采用數值模擬方法研究了側壓系數、巷道軸向與最大水平主應力夾角α對圍巖最大變形量的影響，認為在自重應力場中巷道平行或垂直最大水平主應力布置時圍巖最為穩定，對于構造應力場，當側壓系數相等時，巷道軸向與最大水平主應力的最優夾角為0°、45°、90°，側壓系數不等時，最優夾角為0°。

綜上，針對不同類型地應力場中巷道合理布置方位的研究雖然較多，但有關最大水平應力理論在自重應力場是否適用、構造應力場中巷道軸向與最大水平主應力的最優夾角如何確定、自重應力場中巷道垂直最大水平主應力布置是否有利于圍巖穩定等問題尚未形成統一結論，揭示基于地應力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法，對井下巷道圍巖穩定性控制、提高巷道支護效率具有重要意義。

發明內容

針對上述技術的不足之處，提供一種精度高，使用便捷的基于地應力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法。

為實現上述目的，本發明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：