[發明專利]一種急傾斜特厚煤層開采巷道圍巖穩定性的評價方法

在審

• 申請號: 202111344121.4
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114372342A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 王正義;代國忠;楊文連;李鵬波;邵嗣華;袁弘譽;苗偉東
• 申請（專利權）人: 常州工學院;甘肅靖遠煤電股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種急傾斜特厚煤層開采巷道圍巖穩定性的評價方法，包括以下步驟：(1)計算急傾斜特厚煤層三角塑性區垂直深度H₁；(2)計算急傾斜特厚煤層深部塑性區垂直深度H₂；(3)確定急傾斜特厚煤層采場塑性區垂直深度H；(4)基于工作面分段垂高h與塑性區垂直深度H的大小關系，評價急傾斜特厚煤層巷道圍巖穩定性，可為急傾斜特厚煤層巷道沖擊地壓防治提供理論指導。因此本發明對急傾斜特厚煤層工作面安全生產、人員安危等具有重要的現實意義與重大的社會效益，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及煤礦開采與煤礦安全技術領域，具體是一種急傾斜特厚煤層開采巷道圍巖穩定性的評價方法。

背景技術

我國急傾斜煤層(煤層傾角45°～90°)開采占國內煤炭總儲量的15％～20％。對于真厚≥18m的急傾斜特厚煤層，水平分段綜放開采已成為主要開采途徑。該采煤方法將工作面沿煤厚的水平方向布置，按一定高度將煤體分成若干分段，工作面巷道以靠近兩側頂底板巖層而分別命名為頂板巷和底板巷。隨著開采深度的逐年增大，急傾斜特厚煤層沖擊地壓災害頻發，且主要發生于巷道，因此對于急傾斜特厚煤層巷道圍巖穩定性進行評價已經非常必要，可為該類巷道沖擊地壓防治提供理論指導。

急傾斜特厚煤層采場塑性區分布對該類巷道圍巖穩定性有重要影響，巷道與采場塑性區的相對位置關系決定了巷道圍巖的受力情況。然而，現有的急傾斜特厚煤層巷道布置方案及圍巖穩定性分析主要基于現場實測和經驗估算，尚不清楚回采巷道與峰值采動應力和采場塑性區的位置關系，常發生由于巷道布置不合理而引起的沖擊地壓事故，未能在開采設計階段就避免巷道沖擊災害的可能性。因此，提出一種定量評價急傾斜特厚煤層巷道圍巖穩定性的方法，對于礦井的安全高效生產以及提高社會整體的經濟效益具有重要的影響意義。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種急傾斜特厚煤層開采巷道圍巖穩定性的評價方法，能對急傾斜特厚煤層回采巷道圍巖穩定性及沖擊危險等級進行精確評價，可從防沖角度為急傾斜特厚煤層工作面分段垂高選取及巷道布置提供數據支撐。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明公開了一種急傾斜特厚煤層開采巷道圍巖穩定性的評價方法，包括：

步驟1、計算急傾斜特厚煤層三角塑性區垂直深度H₁；

步驟2、計算急傾斜特厚煤層深部塑性區垂直深度H₂；

步驟3、確定急傾斜特厚煤層采場塑性區垂直深度H；

步驟4、基于工作面分段垂高h與塑性區垂直深度H的大小關系，評價急傾斜特厚煤層巷道圍巖穩定性。

進一步，步驟1、急傾斜特厚煤層由于其較大的煤層傾角和水平分段開采方法，在煤體上部表面附近形成近似直角三角形的三角塑性區，該區域煤體較為破碎，承載能力較弱；計算急傾斜特厚煤層三角塑性區垂直深度H₁：先獲取急傾斜特厚煤層傾角、煤層真厚；然后將獲取的各個數據代入如下公式一：

H₁＝xcosθ(0≤x≤M)

式中，H₁表示急傾斜特厚煤層三角塑性區的垂直深度，單位為m；θ表示急傾斜特厚煤層傾角，單位為°；M表示急傾斜特厚煤層真厚，單位為m；x表示急傾斜煤體距頂板巖層的法向距離，單位為m；

步驟2、在急傾斜特厚煤層三角塑性區下方即為深部塑性區，具有一定的承載能力；計算急傾斜特厚煤層深部塑性區垂直深度H₂：先獲取急傾斜特厚煤層傾角、煤層真厚、頂煤厚度、煤體內聚力、煤體內摩擦角、煤體頂面處的采深、煤體與頂底板間的摩擦因數、采動應力集中系數、煤體的平均體積力、覆巖的平均體積力、側壓系數、工作面支架平均支撐強度；然后將獲取的相關數據代入如下公式二：