[發明專利]基于采動力學的沖擊地壓礦井采煤面推進速度的確定方法

有效

• 申請號: 202011268160.6
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112196536B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 崔峰;馮港歸;來興平;董帥;賈沖;張廷輝;曹建濤;周玉普;單鵬飛
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21C29/00;G06F30/20;G06Q50/02
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬鳳云

本發明公開了一種基于采動力學的沖擊地壓礦井采煤面推進速度的確定方法，包括以下步驟：一、模擬試驗推進速度的初次設定；二、數值模擬試驗；三、基于采動應力的加卸載作用確定采煤工作面推進速度；四、確定采煤工作面推進過程中產生的沖擊地壓的能量；五、判斷三種推進速度對應的沖擊地壓的能量是否均超過發生沖擊地壓災害的臨界能量值；六、模擬試驗推進速度的重設；七、基于采動應力下覆巖結構能量釋放確定采煤工作面推進速度；八、采煤工作面合理推進速度的確定。本發明充分考慮了煤巖采動應力對礦井推進速度的影響，為現場選擇合理的推進速度提供了有利依據，為現場選擇合理的推進速度提供了有利依據，能夠實現煤礦的安全高效開采。

技術領域

本發明屬于煤層開采技術領域，具體涉及一種基于采動力學的沖擊地壓礦井采煤面推進速度的確定方法。

背景技術

隨著煤礦開采深度不斷增加，沖擊地壓、瓦斯等自然災害加重，有些礦井災害耦合疊加，隱蔽致災因素凸顯，重大風險不確定性居高難下，防治難度進一步加大。沖擊地壓災害與礦井開采深度、開采速度密切相關。因此，科學的確定沖擊地壓礦井采煤面的推進速度，是煤礦安全生產領域亟待解決的當務之急。推進速度的不同影響了圍巖應力轉移過程的完整程度；推進速度的不同造成了單位時間開采截深的變化，從而影響了圍巖的加卸載過程以及加載速率的變化；推進速度的不同對巖石蠕變時間也有一定的影響，從而影響了巖石的變形及應力分布。防治沖擊地壓的致災機理尚未研究清楚，調研和實驗證明，隨著開采深度增加，沖擊地壓頻次和強度明顯增加；開采速度增加，沖擊地壓頻次和能量明顯增加。

目前，確定礦井采煤面推進速度的方法沒有充分考慮到煤巖采動力學的影響；通過研究回采采煤工作面推進速度與礦壓顯現特征間關系、推進速度對采空區矸石壓縮變形及覆巖結構穩定的影響，確定采煤面推進速度的方法沒有充考慮到覆巖結構能量釋放對推進速度的影響；確定礦井采煤面的推進速度方法未能綜合考量采動應力的加卸載作用及覆巖結構能量釋放的情況對推進速度的影響；現有的實驗研究大多以上覆巖層自重為載荷模擬煤巖的受力狀態，沒有考慮加載速度及煤巖實際賦存條件的影響，實驗得到的破壞特征與真實情況下偏差較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于采動力學的沖擊地壓礦井采煤面推進速度的確定方法，其通過預設三種不同的推進速度分別代表高速推進、中速推進和低速推進，同時以三種不同的推進速度進行煤巖單軸力學試驗，同時通過對比基于采動應力的加卸載作用確定的采煤工作面推進速度和基于采動應力下覆巖結構能量釋放確定的采煤工作面推進速度，充分考慮了煤巖采動應力對礦井推進速度的影響，對沖擊地壓礦井推進速度的確定提供了有利指導，并為現場選擇合理的推進速度提供了有利依據；對礦井選取合理的采煤工藝、改善采場支護狀態、確定回采巷道超前支護、防治礦井動力災害有積極的意義，能夠實現煤礦安全且高效的開采。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：基于采動力學的沖擊地壓礦井采煤面推進速度的確定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、模擬試驗推進速度的初次設定：初次設定ν₁、ν₂和ν₃三種不同推進速度作為模擬試驗推進速度，其中，ν₁＞ν₂＞ν₃＞0，ν₁、ν₂和ν₃的單位均為m/d；ν₁、ν₂和ν₃中第i個推進速度記作ν_i，i為正整數，且i的取值為1，2，3；

步驟二、數值模擬試驗：根據實際礦井模型建立礦井模擬模型，并設置邊界條件和煤層上覆各巖層的巖石力學參數，然后模擬第i個推進速度下的開采，得到第i個推進速度下超前支承壓力分布曲線、以及采煤工作面前方200m處的煤層在第i個推進速度下對應的應力-時間曲線；

步驟三、基于采動應力的加卸載作用確定采煤工作面推進速度，過程如下：