[發(fā)明專利]綜采工作面回撤通道頂板穩(wěn)定性反演判別方法

在審

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• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN115081189A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王博楠
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/12;E21C41/18;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 韓玙

本發(fā)明公開了綜采工作面回撤通道頂板穩(wěn)定性反演判別方法，包括如下步驟：回撤通道頂板下沉量和煤柱應(yīng)力現(xiàn)場監(jiān)測，工作面地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦壓觀測資料分析；建立3種不同基本頂破壞形式下的回撤通道圍巖受力模型，推導(dǎo)相應(yīng)的回撤通道頂板下沉量理論計算公式；將現(xiàn)場頂板下沉量監(jiān)測數(shù)據(jù)代入理論計算公式，反演基本頂破斷位置，結(jié)合煤柱應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)回撤通道頂板是否穩(wěn)定的定量性評價。本發(fā)明考慮了不同的基本頂破斷位置對回撤通道頂板下沉量的影響，能夠利用監(jiān)測數(shù)據(jù)反演和判別回撤通道的頂板破壞形式與穩(wěn)定性，為綜采工作面采煤設(shè)備的安全回撤提供指導(dǎo)，避免因回撤通道頂板失穩(wěn)造成人員傷亡、設(shè)備損壞等事故的發(fā)生。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及綜采工作面回撤通道頂板穩(wěn)定性反演判別方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著回撤通道技術(shù)在我國綜采礦山的不斷推廣和應(yīng)用，其存在的頂板大變形風(fēng)險也逐漸凸顯。由于回撤通道作為綜采工作面采煤設(shè)備和液壓支架撤出的唯一通道，一旦發(fā)生過大的頂板變形就會影響礦井后續(xù)的一系列進(jìn)度安排，其圍巖的穩(wěn)定是確保煤礦有序、安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。

在綜采工作面末采階段，由于工作面周期來壓的影響，回撤通道的頂板變形通常會遠(yuǎn)大于其他回采巷道。其中，基本頂?shù)哪┐沃芷趤韷号c破斷后形成的頂板結(jié)構(gòu)狀態(tài)，是影響回撤通道頂板穩(wěn)定性的主要因素。但是，現(xiàn)有技術(shù)對回撤通道頂板穩(wěn)定性的研究水平仍局限在傳統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測和定性評價層面，大量的頂板變形和煤柱應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)沒有得到有效利用，對回撤通道頂板深層次的穩(wěn)定性分析并無定量化的理論解析，缺少對回撤通道頂板結(jié)構(gòu)狀態(tài)的判別方法，當(dāng)前利用監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論反演相結(jié)合的頂板穩(wěn)定性分析方法在回撤通道技術(shù)中未有涉及。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供綜采工作面回撤通道頂板穩(wěn)定性反演判別方法，能夠利用監(jiān)測數(shù)據(jù)反演和判別回撤通道的頂板破壞形式與穩(wěn)定性，為綜采工作面采煤設(shè)備的安全回撤提供指導(dǎo)，避免因回撤通道頂板失穩(wěn)造成人員傷亡、設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，綜采工作面回撤通道頂板穩(wěn)定性反演判別方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、對回撤通道的圍巖變形和應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，獲取綜采工作面與回撤通道貫通后的頂板下沉量和煤柱應(yīng)力集中系數(shù)；

進(jìn)行工作面地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦壓觀測資料分析，確定煤層賦存參數(shù)、圍巖力學(xué)參數(shù)、礦壓參數(shù)和工程參數(shù)；

步驟2、建立3種不同基本頂破壞形式下的回撤通道圍巖受力模型，推導(dǎo)相應(yīng)的回撤通道頂板下沉量理論計算公式；

步驟3、將現(xiàn)場頂板下沉量監(jiān)測數(shù)據(jù)代入理論計算公式，反演基本頂破斷位置。

本發(fā)明的特點還在于：

步驟1中對回撤通道的圍巖變形和應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測具體為：對3～5個監(jiān)測站的回撤通道的頂板下沉量和煤柱應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測，獲得頂板下沉量和煤柱應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)，并計算煤柱應(yīng)力集中系數(shù)。

步驟1煤柱應(yīng)力集中系數(shù)計算方法為：

其中，k_b為回撤通道煤柱側(cè)幫的應(yīng)力集中系數(shù)；σ₀為監(jiān)測的初始原巖應(yīng)力；σ_m為綜采工作面與回撤通道貫通后監(jiān)測得到的峰值應(yīng)力。

步驟1中煤層賦存參數(shù)、圍巖力學(xué)參數(shù)、礦壓參數(shù)和工程參數(shù)具體包括：直接頂巖層彈性模量E₀、煤層彈性模量E_c、基本頂巖層內(nèi)摩擦角直接頂巖層重度γ₀、基本頂巖層重度γ₁、直接頂厚度h₀、基本頂破斷后形成的關(guān)鍵塊及其上覆巖層厚度h₁、側(cè)壓力系數(shù)λ、基本頂破斷位置處應(yīng)力集中系數(shù)k、回撤通道埋深H、工作面周期來壓步距即關(guān)鍵塊長度l。

步驟2中推導(dǎo)相應(yīng)的回撤通道頂板下沉量理論計算公式包括以下3中情況：