煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采安全评价技术领域，具体而言，涉及煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价方法。

背景技术

煤矿在浅部开采，由于顶板及时垮落充分采动，一个工作面开采后，顶板岩梁不易形成大跨距悬空结构，相邻工作面的近巷在卸压区沿空送巷，而对远巷的采动矿压影响一般忽略不计。但进入深部开采后，顶板硬岩总厚度增大，容易形成大跨距悬空岩梁结构，采动矿压影响范围增大、强度增高，导致矿压防治认识不足、准备不足，使得相邻上、下区段工作面巷道掘进工程在高地压环境施工，造成岩体工程灾害，导致事故发生。

以往的研究对上述问题的关注度不足，目前对此类问题没有技术标准可依，也未见可资借鉴的安全评价方法，因而，煤矿安全开采需要开展此类问题的安全评价方法研究，这对于煤炭资源依赖性比较高的我国国民经济的发展，保障煤矿安全生产方面产生巨大的推动作用。为此设计了煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价方法。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价方法，旨在改善上述背景技术中的问题。

本发明实施例提供了煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价方法，包括以下步骤：

包括以下步骤：

S01.采矿地质条件调查：为建立数值模拟模型，获取必要的参数和条件，进行采矿地质条件调查；

S02.建立数值仿真模型：根据调查结果，建立数值仿真模型；

S03.检验数值仿真模型：根据地表沉降测量监测结果，通过对数值试验完全采动条件下沉降的对比和调整，检验和修正数值仿真模型；

S04.数值仿真开采试验：按照试验矿井的开采接替顺序，逐个工作面数值仿真开采，设置监测线和监测点，监测矿压演变；

S05.监测并提取关键数据：监测全煤层和关键点矿压，记录保存矿压监测数据；

S06.判别指标和临界值：根据矿压理论和工程实践经验，用矿压监测数据建立判别指标和临界值；

S07.实验结果汇总整理分析：关键部位监测数据提取，实验结果汇总，整理分析；

S08.安全等级划分及指标确定；

S09.安全评价：根据最终计算的矿压影响范围和强度及判别指标，进行综合安全评价。

在一种具体的实施方案中，所述S01包括以下具体步骤：针对煤矿进行安全评价的区域开展采矿地质条件调查，所述调查包括调查岩层分布、岩性、岩石工程地质性质、相似采区地表沉降观测情况。

在一种具体的实施方案中，所述S02包括以下具体步骤：建立数值仿真模型，根据S01的调查结果，采用离散元数值分析软件UDEC，建立1:1比例尺的仿真数值模型。

在一种具体的实施方案中，所述S03包括以下具体步骤：检验数值仿真模型，使用相似条件采区地表沉降测监测结果，通过对数值试验相同充分采动程度地表沉降的对比，检验和修正数值仿真模型。

在一种具体的实施方案中，所述S04包括以下具体步骤：数值仿真开采，按照试验矿井5个工作面的开采接替顺序，逐个工作面数值仿真开采，设置监测线和监测点，监测矿压演变。

在一种具体的实施方案中，所述S05包括以下具体步骤：

S0501.在全煤层设置顺层矿压监测线，除首采工作面以外的4个工作面远点巷道设置矿压监测点，记录和提取关键点监测数据留作分析；

S0502.开采第一个工作面时，重点提取第二个工作面风巷、第三个工作面机巷矿压数据；

S0503.开采第二个工作面时，重点提取第三个、第四个工作面机巷矿压数据；

S0504.开采第三个工作面时，重点提取第四个工作面机巷、第五个工作面风巷矿压数据；

S0505.开采第四个工作面时，重点提取第五个工作面风巷矿压数据，取矿压最大值为评价依据。

在一种具体的实施方案中，所述S06包括以下具体步骤：

根据矿压理论和工程实践经验，用矿压监测的采动垂直应力σm和岩层自重应力σw，计算关键点采动应力集中系数k作为判别指标，确定临界值，计算公式如下：

k＝σm/σw；

H

式中：H

在一种具体的实施方案中，所述等效采深为由于巨厚覆岩大面积悬顶形成的大跨岩梁结构，导致采动压力拱范围增大、强度增高，下区段掘进巷道原岩应力区仍受到采动显著影响增压，对巷道掘进产生不良作用，用于形象表述这种影响程度，根据采动应力、原岩应力和实际采深折合计算的深度。

在一种具体的实施方案中，所述S08中的安全等级包括四个等级，所述四个等级划分为安全等级、临界等级、危险等级、灾难等级。

在一种具体的实施方案中，所述安全等级的采动应力集中系数k临界指标为：k<1.10；所述临界等级的采动应力集中系数k临界指标为：1.10≤k<1.30；所述危险等级的采动应力集中系数k临界指标为：1.30≤k<1.6；所述灾难等级的采动应力集中系数k临界指标为：k≥1.6。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提出了煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价方法，以及煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价评价指标和判定值和煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价等级划分量化方法，同时提出了等效采深的概念、计算方法，使得煤矿安全开采方面具有技术标准可依，能够作为可资借鉴的安全评价方法，能够满足深部煤炭资源开采安全性评价需要的问题，在保障煤矿安全生产方面产生巨大的推动作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的流程图；

图2为本发明实施方式提供的工作面接替顺序图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价方法，包括以下步骤：

S01.采矿地质条件调查：为建立数值模拟模型，获取必要的参数和条件，进行采矿地质条件调查；

S02.建立数值仿真模型：根据调查结果，建立数值仿真模型；

S03.检验数值仿真模型：根据地表沉降测量监测结果，通过对数值试验完全采动条件下沉降的对比和调整，检验和修正数值仿真模型；

S04.数值仿真开采试验：按照试验矿井的开采接替顺序，逐个工作面数值仿真开采，设置监测线和监测点，监测矿压演变；

S05.监测并提取关键数据：监测全煤层和关键点矿压，记录保存矿压监测数据；

S06.判别指标和临界值：根据矿压理论和工程实践经验，用矿压监测数据建立判别指标和临界值；

S07.实验结果汇总整理分析：关键部位监测数据提取，实验结果汇总，整理分析；

S08.安全等级划分及指标确定；

S09.安全评价：根据最终计算的矿压影响范围和强度及判别指标，进行综合安全评价。

具体的，所述S01包括以下具体步骤：针对煤矿进行安全评价的区域开展采矿地质条件调查，所述调查包括调查岩层分布、岩性、岩石工程地质性质、相似采区地表沉降观测情况。

在具体设置时，所述S02包括以下具体步骤：建立数值仿真模型，根据S01的调查结果，采用离散元数值分析软件UDEC，建立1:1比例尺的仿真数值模型。

需要说明的是，所述S03包括以下具体步骤：检验数值仿真模型，使用相似条件采区地表沉降测监测结果，通过对数值试验相同充分采动程度地表沉降的对比，检验和修正数值仿真模型。

在一些具体的实施方案中，所述S04包括以下具体步骤：数值仿真开采，按照试验矿井5个工作面的开采接替顺序，逐个工作面数值仿真开采，设置监测线和监测点，监测矿压演变。

在其他一些实施方案中，所述S05包括以下具体步骤：

S0501.在全煤层设置顺层矿压监测线，除首采工作面以外的4个工作面远点巷道设置矿压监测点，记录和提取关键点监测数据留作分析；

S0502.开采第一个工作面时，重点提取第二个工作面风巷、第三个工作面机巷矿压数据；

S0503.开采第二个工作面时，重点提取第三个、第四个工作面机巷矿压数据；

S0504.开采第三个工作面时，重点提取第四个工作面机巷、第五个工作面风巷矿压数据；

S0505.开采第四个工作面时，重点提取第五个工作面风巷矿压数据，取矿压最大值为评价依据。

在本发明中，所述S06包括以下具体步骤：

根据矿压理论和工程实践经验，用矿压监测的采动垂直应力σm和岩层自重应力σw，计算关键点采动应力集中系数k作为判别指标，确定临界值，计算公式如下：

k＝σm/σw；

H

式中：H

可以理解，在其他实施例中，所述等效采深为由于巨厚覆岩大面积悬顶形成的大跨岩梁结构，导致采动压力拱范围增大、强度增高，下区段掘进巷道原岩应力区仍受到采动显著影响增压，对巷道掘进产生不良作用，用于形象表述这种影响程度，根据采动应力、原岩应力和实际采深折合计算的深度。

在本实施例中，所述S08中的安全等级包括四个等级，所述四个等级划分为安全等级、临界等级、危险等级、灾难等级。

可选地，所述安全等级的采动应力集中系数k临界指标为：k<1.10；所述临界等级的采动应力集中系数k临界指标为：1.10≤k<1.30；所述危险等级的采动应力集中系数k临界指标为：1.30≤k<1.6；所述灾难等级的采动应力集中系数k临界指标为：k≥1.6。

该煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价方法的原理及优点：

本发明提出了煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价方法，以及煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价评价指标和判定值和煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价等级划分量化方法，同时提出了等效采深的概念、计算方法，使得煤矿安全开采方面具有技术标准可依，能够作为可资借鉴的安全评价方法，能够满足深部煤炭资源开采安全性评价需要的问题，在保障煤矿安全生产方面产生巨大的推动作用。

煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价等级划分表如下：

煤矿深部采区大跨岩梁结构矿压影响安全评价结果一览表如下：

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。