基于工作面矿压调控的煤矸石精准自适应充填方法技术

本发明专利技术公开了基于工作面矿压调控的煤矸石精准自适应充填方法，包括如下步骤：步骤一

【技术实现步骤摘要】
基于工作面矿压调控的煤矸石精准自适应充填方法


[0001]本专利技术涉及基于工作面矿压调控的煤矸石精准自适应充填方法
。

技术介绍

[0002]我国多数矿井煤层中含有一至多层夹矸，部分矿井夹矸厚度甚至可达
2m。
从工作面倾向上看，由于受工作面超前支承压力和巷道侧向支承压力叠加影响，工作面前方存在应力峰值区域，采动应力一般呈“单峰”状态，深部超长工作面采动应力分布呈“三峰”状态，且具有动态迁移特征
。
相关研究表明，采空区充填可以降低工作面应力集中程度和应变能密度，实现应力转移，防止冲击地压
、
煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害
。
[0003]因此，若通过采空区关键位置充填将工作面应力峰值区域的应力控制在煤矸强度极限之间，使煤达到强度极限破坏但夹矸还未破坏，不仅可以防止应力集中导致的煤岩动力灾害与煤壁片帮情况，还可使煤体内的裂隙相对夹矸更多，截割后的破碎块度更小，而且当煤矸块度有明显的不同时，将更有利于后续煤矸分选的实施
。

技术实现思路
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于工作面矿压调控的煤矸石精准自适应充填方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一
、
利用
FLAC3D
数值模拟软件获取开采过程中充填液压支架
(2)
上方与工作面前方应力分布数据，建立充填液压支架
(2)
上方应力与工作面前方应力之间的非线性关系，使得输入支架载荷即可反演工作面前方矿压分布情况；步骤二
、
根据反演出的工作面前方矿压分布数据，确定应力峰值大小，并预警应力集中区域位置；步骤三
、
根据预警的应力集中区域位置，决策出采空区
(3)
关键充填位置；步骤四
、
根据决策出的采空区
(3)
关键充填位置，采用煤矸石充填装置实施充填
。2.
根据权利要求1所述的基于工作面矿压调控的煤矸石精准自适应充填方法，其特征在于，步骤一具体包括如下步骤：步骤
101、
根据开采矿井工程地质条件建立
FLAC 3D
三维数值计算模型；步骤
102、
根据实测的充填液压支架
(2)
上方应力值估算矿井边界载荷参数范围，其中，边界载荷参数共有5个：重力加速度修正系数
a
g
，垂直于模型长度方向的边界正应力参数
a1、b1，垂直于模型宽度方向的边界正应力参数
a2、b2；从估算边界载荷参数范围内等间距各选取5个值，采用正交试验设计的方法构建边界载荷参数组合，采用5因素5水平正交实验，共形成
25
组；步骤
103、
设边界载荷应力值为
σ1、
σ2，其中，
σ1＝
a1h+b1，
σ2＝
a2h+b2；
h
为埋深；将
25
组
σ1、
σ2、a
g
代入
FLAC3D
数值模拟软件进行数值模拟计算，获得不同参数下
τ
个充填液压支架
(2)
上方应力的计算结果；步骤
104、
根据地应力场数值计算结果，提取各组边界载荷参数下充填液压支架
(2)
上方的应力计算值，构建输入边界载荷参数与输出
τ
个充填液压支架
(2)
上方的应力计算值的学习样本库；步骤
105、
利用深度神经网络对步骤
104
获得的学习样本库进行学习和训练，建立输入边界载荷参数与输出
τ
个充填液压支架
(2)
上方的应力值之间的非线性映射关系；步骤
106、
转换输入输出，使输入
τ
个充填液压支架
(2)
上方的应力值，输出边界载荷参数；步骤
107、
将现场在线监测的
τ
个充填液压支架
(2)
上方的应力值，输入深度神经网络，将输出的最优边界载荷参数加载到
FLAC 3D
三维数值计算模型中进行计算，获得该充填液压支架
(2)
应力组合下工作面前方此时的矿压分布数据
。3.
根据权利要求1所述的基于工作面矿压调控的煤矸石精准自适应充填方法，其特征在于，步骤二具体包括如下步骤：步骤
201、
从计算出的工作面前方矿压分布数据中搜索最大应力值
M
，
M
值即为应力峰值，记
M
的位置为
(x
m
,y
m
)
；步骤
202、
从计算出的工作面前方矿压分布数据中搜索大于
σ
b1
的应力值依次记为
Ν1、
Ν2、
Ν3......
，其位置记为
(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)......
；其中，
σ
b1
为煤体单轴抗压实验中裂隙缓慢发展阶段与裂隙稳定扩展的应力临界值；步骤
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凤岐，梁卫国，邱鹏，贺伟，公丽，牛栋，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：