一种充填采场矿压弱化表征方法技术

本发明专利技术涉及一种充填采场矿压弱化表征方法，针对充填采场采动影响与矿压显现弱化的定性表征与定量表达的科学问题，引入移动切眼概念进行定性表征，基于开切眼与不同回采位置的覆岩位移、超前支承应力集中系数、支承应力峰值、支承应力影响范围四指标分析，给定形成移动切眼效应的临界条件，进而采用移动切眼状态实现充填采场矿压弱化的定量表达，最后基于移动切眼效应指导采场矿压设计，以给定移动切眼理论的工程应用基础，最终促进充填开采岩层位态精准控制的实现。

【技术实现步骤摘要】
一种充填采场矿压弱化表征方法
本专利技术涉及一种充填采场矿压弱化表征方法，属于煤炭固体充填开采

技术介绍
固体充填开采方法在岩层移动控制，地表沉陷控制，“三下”压煤解放，固体废弃物处理，顶板灾害防控等方面的技术优势显而易见，目前已作为成熟的技术运用于采选充一体化及采选抽充防集成型煤与瓦斯共采等技术，技术的应用边界也已拓展延伸至深部资源开采、矿井无废开采、煤及伴生资源安全开采等煤炭资源开采领域的前沿科学问题。但对于充填体弱化采场采动影响的机制，尤其是弱化状态的定性表征、弱化程度的定量表达、弱化效应临界的合理界定等，以及如何科学利用充填体弱化采动影响的机制，进行充填采场矿压控制，目前尚没有一套完整的设计方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种充填采场矿压弱化表征方法，能够针对充填采场矿压弱化实现定性表征，并实现弱化效应临界条件的合理界定，提高充填采场矿压弱化的应用效率。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种充填采场矿压弱化表征方法，包括如下步骤：步骤A.根据目标充填采场的地质条件以及控制指标，确定目标充填采场的充实率，然后进入步骤B；步骤B.根据目标充填采场的充填采煤工作面工程地质条件信息，以及煤岩体的物理力学参数，采用有限元分析方法，构建目标充填采场采动影响有限元分析模型，然后进入步骤C；步骤C.针对目标充填采场的充实率、工作面尺寸、开采空间和采高，构建充填方案，并进入步骤D；步骤D.采用目标充填采场采动影响有限元分析模型，针对充填方案进行目标充填采场回采过程仿真反演，然后进入步骤E；步骤E.根据目标充填采场回采过程仿真反演，提取目标充填采场的覆岩位移指标、超前支承应力集中系数指标、支承应力峰值指标、支承应力影响范围指标，并进入步骤F；步骤F.根据步骤E所获四个指标，分析获得目标充填采场充填体弱化采动影响效应程度。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括步骤G如下，执行完所述步骤F之后，进入步骤G；步骤G.判断所获目标充填采场的充填体弱化采动影响效应程度，是否达到预设充填体弱化采动影响临界效应程度，是则表示该充填方案满足预设充填要求，结束方法；否则表示该充填方案不满足预设充填要求，并进入步骤H；步骤H.针对目标充填采场的充实率、工作面尺寸、开采空间和采高各数据进行调整，更新充填方案，并返回步骤D。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤G中，所述预设充填体弱化采动影响临界效应程度，定义为移动切眼状态，具体为：最大覆岩位移点、支承应力峰值点随工作面的前移而逐渐前移，且工作面回采距离增加的同时，下沉程度保持不变；以及工作面前移的同时，充填采场的应力集中系数保持不变，且充填采场的应力集中系数保持在预设数值范围内。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述预设充填体弱化采动影响临界效应程度中，工作面前移的同时，充填采场的应力集中系数保持不变，且充填采场的应力集中系数保持在1.1～1.3之间。本专利技术所述一种充填采场矿压弱化表征方法的应用系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术涉及一种充填采场矿压弱化表征方法，采用全新设计方法，针对充填采场采动影响与矿压显现弱化的定性表征与定量表达的科学问题，引入移动切眼概念进行定性表征；基于开切眼与不同回采位置的覆岩位移、超前支承应力集中系数、支承应力峰值、支承应力影响范围四指标分析，给定形成移动切眼效应的临界条件，进而采用移动切眼状态实现充填采场矿压弱化的定量表达，最后基于移动切眼效应指导采场矿压设计，以给定移动切眼理论的工程应用基础，最终促进充填开采岩层位态精准控制的实现。附图说明图1是本专利技术充填采场矿压弱化表征方法的流程示意图；图2为本专利技术具体实施例固体充填采煤地质条件；图3本专利技术固体充填采煤数值计算模型；图4为垮落法开采条件下采场围岩的支承应力的分布；图5为本专利技术充填法开采条件下采场围岩的支承应力的分布；图6为垮落法工作面中轴线方向不同位置处支承应力状态；图7为本专利技术充填法工作面中轴线方向不同位置处支承应力状态；图8为本专利技术充填法与垮落法直接顶下沉对比；图9为不用充填程度下直接顶下沉对比；图10为本专利技术移动切眼状态的应力分布展示图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术设计了一种充填采场矿压弱化表征方法，实际应用中，针对预设充填体弱化采动影响临界效应程度，定义为移动切眼状态，如图10所示，具体为：最大覆岩位移点、支承应力峰值点随工作面的前移而逐渐前移，且工作面回采距离增加的同时，下沉程度保持不变；以及工作面前移的同时，充填采场的应力集中系数保持不变，且充填采场的应力集中系数保持在1.1～1.3之间，所述矿压弱化表征方法，固体密实充填采煤工作面回采过程中，致密充填体显著减缓矿压显现，导致弱化采动影响，与开切眼形成时对采场的采动影响效果基本一致，即充填工作面的采动影响被弱化为移动切眼效应的状态，定义没有明显周期来压、没有显著矿压显现的充填采场作为移动切眼状态的临界，若充填采场的采动影响达到此临界状态，即用移动切眼状态表征充填采场矿压弱化现象。在实际应用实施过程当中，具体包括如下步骤：步骤A.根据目标充填采场的地质条件以及控制指标，确定目标充填采场的充实率，然后进入步骤B。步骤B.根据目标充填采场的充填采煤工作面工程地质条件信息，以及煤岩体的物理力学参数，采用有限元分析方法，构建目标充填采场采动影响有限元分析模型，如图3所示，然后进入步骤C。步骤C.针对目标充填采场的充实率、工作面尺寸、开采空间和采高，构建充填方案，并进入步骤D。步骤D.采用目标充填采场采动影响有限元分析模型，针对充填方案进行目标充填采场回采过程仿真反演，然后进入步骤E。步骤E.根据目标充填采场回采过程仿真反演，提取目标充填采场的覆岩位移指标、超前支承应力集中系数指标、支承应力峰值指标、支承应力影响范围指标，并进入步骤F。步骤F.根据步骤E所获四个指标，分析获得目标充填采场充填体弱化采动影响效应程度，然后进入步骤G。步骤G.判断所获目标充填采场的充填体弱化采动影响效应程度，是否达到移动切眼状态，是则表示该充填方案满足预设充填要求，结束方法；否则表示该充填方案不满足预设充填要求，并进入步骤H。步骤H.针对目标充填采场的充实率、工作面尺寸、开采空间和采高各数据进行调整，更新充填方案，并返回步骤D。上述技术方案所设计一种充填采场矿压弱化表征方法，采用全新设计方法，针对充填采场采动影响与矿压显现弱化的定性表征科学问题，引入移动切眼概念进行定性表征；基于开切眼与不同回采位置的覆岩位移、超前支承应力集中系数、支承应力峰值、支承应力影响范围四指标分析，给定形成移动切眼效应的临界条件，进而采用移动切眼状态实现充填采场矿压弱化的定量表达，最后基于移动切眼效应指导采场矿压设计，以给定移动切眼理论的工程应用基础，最终促进充填开采岩层位态精准控制的实现。以某矿7203W工作面作为具体实施例，如图2所示7203W工作面煤层柱状图，应用本专利技术所设计的充填采场矿压弱化表征方法，具体如下：步骤A.根据目标充填采场的地质条件以及控制指标，确定目标充填采场的充实率，然后进入步骤B。步骤B.根据目标充填采场的充填采煤工作面工程地质条件信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种充填采场矿压弱化表征方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.根据目标充填采场的地质条件以及控制指标，确定目标充填采场的充实率，然后进入步骤B；步骤B.根据目标充填采场的充填采煤工作面工程地质条件信息，以及煤岩体的物理力学参数，采用有限元分析方法，构建目标充填采场采动影响有限元分析模型，然后进入步骤C；步骤C.针对目标充填采场的充实率、工作面尺寸、开采空间和采高，构建充填方案，并进入步骤D；步骤D.采用目标充填采场采动影响有限元分析模型，针对充填方案进行目标充填采场回采过程仿真反演，然后进入步骤E；步骤E.根据目标充填采场回采过程仿真反演，提取目标充填采场的覆岩位移指标、超前支承应力集中系数指标、支承应力峰值指标、支承应力影响范围指标，并进入步骤F；步骤F.根据步骤E所获四个指标，分析获得目标充填采场充填体弱化采动影响效应程度。

【技术特征摘要】
1.一种充填采场矿压弱化表征方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.根据目标充填采场的地质条件以及控制指标，确定目标充填采场的充实率，然后进入步骤B；步骤B.根据目标充填采场的充填采煤工作面工程地质条件信息，以及煤岩体的物理力学参数，采用有限元分析方法，构建目标充填采场采动影响有限元分析模型，然后进入步骤C；步骤C.针对目标充填采场的充实率、工作面尺寸、开采空间和采高，构建充填方案，并进入步骤D；步骤D.采用目标充填采场采动影响有限元分析模型，针对充填方案进行目标充填采场回采过程仿真反演，然后进入步骤E；步骤E.根据目标充填采场回采过程仿真反演，提取目标充填采场的覆岩位移指标、超前支承应力集中系数指标、支承应力峰值指标、支承应力影响范围指标，并进入步骤F；步骤F.根据步骤E所获四个指标，分析获得目标充填采场充填体弱化采动影响效应程度。2.根据权利要求1所述一种充填采场矿压弱化表征方法，其特征在于，还包括步骤G如下，执行完所述步骤F之后，进入步骤G；步骤G.判...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，张吉雄，武中亚，齐文跃，孟国豪，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32