复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法技术

本发明专利技术公开了复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法，具体按照以下实施：先采集数据，根据采集数据建立数值模拟仿真模型，分步开挖模拟工作面回采，并计算每步开挖后的模拟结果；根据模拟结果获取各模拟结果中工作面顶板岩层塑性区发育高度及对应高度的工作面超前支承压力峰值，经过计算获得每步开挖前后的工作面超前支承压力增量，然后结合设定的工作面开采过程中超前支承压力极值，计算获得岩层的冲击地压覆岩致灾影响系数

【技术实现步骤摘要】
复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法


[0001]本专利技术属于冲击地压防治方法
，涉及一种复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法
。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源开采逐渐转向深部，开采条件日益复杂与恶劣，冲击地压灾害日趋严重，人员伤亡与设备损坏事故频发，严重威胁矿井安全生产
。
中国西部一些矿区深部煤层上方普遍存在结构复杂的多组厚硬岩层，不同覆岩结构下工作面冲击地压危险性差异巨大，而同一覆岩结构下不同岩性
、
不同厚度岩层的运动破断也对冲击地压影响程度不尽相同，使得冲击灾害防治存在“致灾岩层找不准，精准卸压难度大”的问题
。
如何在复杂覆岩结构条件下确定冲击致灾关键岩层并确定其影响程度，对实现冲击地压精准高效治理具有重要意义
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法，具有开挖前及开挖过程持续监测该岩层的状态，采取相应防冲击措施降低该岩层对矿井开采过程中的影响特点
。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法，具体步骤为：
[0005]S1、
确定需判识的矿井并收集矿井地质数据，根据所述矿井地质数据建立初始数值模拟仿真模型；
[0006]S2、
根据初始数值模拟仿真模型，分步开挖模拟工作面回采并计算每步开挖的模拟结果；
[0007]S3、
根据每步开挖的模拟结果，获取各次模拟结果中工作面顶板岩层塑性区发育高度及对应高度岩层屈服破坏时的工作面超前支承压力峰值；
[0008]S4、
根据所述每步开挖的模拟结果及所述超前支承压力峰值计算冲击地压覆岩致灾影响系数
W
rb
；
[0009]S5、
将所述冲击地压覆岩致灾影响系数
W
rb
与评价指标进行比对，完成冲击地压覆岩致灾关键层的判识
。
[0010]本专利技术的特点还在于：
[0011]地质数据包括工作面顶板各岩层信息
、
煤层底板等高线图
、
工作面地应力测试数据和矿井岩石物理力学性质参数，工作面顶板各岩层信息由工作面综合柱状图提取，其包括岩层厚度
、
岩性
、
距煤层距离；工作面地应力测试数据包括工作面垂直应力和水平应力；矿井岩石物理力学性质参数包括岩石密度
、
弹性模量
、
剪切模量
、
抗拉强度
、
内聚力及摩擦角
。
[0012]步骤
S2
具体为：
[0013]S21、
根据步骤
S1
中的工作面顶板各岩层信息及煤层底板等高线图通过
Rhino
软件建立三维模型网格；
[0014]S22、
将三维网格文件导入
FLAC3D
软件中，根据矿井岩石物理力学性质参数对各岩层的密度
、
弹性模量
、
剪切模量
、
抗拉强度
、
内聚力
、
摩擦角进行赋值；
[0015]S23、
根据工作面地应力测试数据，设置边界条件及初始条件进行数值模拟仿真模型初始地应力平衡；
[0016]S24、
取工作面长度的四十分之一作为每步进尺距离，分步开挖模拟工作面回采，并计算每步开挖后的模拟结果
。
[0017]步骤
S3
具体为：
[0018]S31、
使用
FLAC3D
软件调用步骤
S2
中第一步开挖后的模拟结果；
[0019]S32、
查看模型当前状态，记录此时的塑性区发育高度与工作面超前支承压力峰值；
[0020]S33、
调用第二步开挖后的模拟结果；
[0021]S34、
重复步骤
S32
对第二步开挖模拟结果进行数据记录；
[0022]S35、
持续重复步骤
S33
和
S34
，直至对步骤
S2
中每步开挖后的模拟结果均进行数据记录后停止
。
[0023]步骤
S4
具体为：
[0024]S41、
根据步骤
S3
中每步工作面超前支承压力峰值，计算每步开挖前后的工作面超前支承压力增量；
[0025]S42、
根据顶板各岩层距煤层距离与各岩层的厚度，依次计算各岩层破断造成的工作面超前支承压力增量；
[0026]S43、
根据步骤
S42
中各岩层破断造成的工作面超前支承压力增量
、
每次开挖后煤层顶板塑性区高度和设定的工作面开采过程中超前支承压力极值，计算获得各岩层的冲击地压覆岩致灾影响系数
W
rb
。
[0027]岩层冲击地压致灾影响系数计算方法为：
[0028]假设煤层上方第
i
个岩层与煤层距离为
H
i0
，岩层厚度为
H
i
，则该岩层完全破断造成的工作面超前支承压力增量
Δσ
i
为：
[0029][0030]式中为工作面第
j
步开挖造成的工作面超前支承压力增量；
[0031]其中
m、n
应满足：
[0032][0033]式中
h
m
和
h
n
为第
m
步
、
第
n
步模型开挖后对应的煤层顶板塑性区高度；
[0034]第
i
个岩层的冲击地压覆岩致灾影响系数
W
rb(i)
为：
[0035]W
rb(i)
＝
Δσ
i
/
σ
max
(H
upper
)
[0036]式中，
σ
max
(H
upper
)
为设定的顶板高度
H
upper
范围内工作面超前支承压力极值
。
[0037]步骤
S5
具体为：
[0038]S51、
将步骤
S4
中各岩层的冲击地压覆岩致灾影响系数
W
rb
进行筛选，将数值最大的五个岩层作为致灾关键层按由大至小的顺序列出；
[0039]S52、
建立评价指标，将步骤
S51
筛选出各致灾关键层的冲击地压覆岩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
S1、
确定需判识的矿井并收集矿井地质数据，根据所述矿井地质数据建立初始数值模拟仿真模型；
S2、
根据初始数值模拟仿真模型，分步开挖模拟工作面回采并计算每步开挖的模拟结果；
S3、
根据每步开挖的模拟结果，获取各次模拟结果中工作面顶板岩层塑性区发育高度及对应高度岩层屈服破坏时的工作面超前支承压力峰值；
S4、
根据所述每步开挖的模拟结果及所述超前支承压力峰值计算冲击地压覆岩致灾影响系数
W
rb
；
S5、
将所述冲击地压覆岩致灾影响系数
W
rb
与评价指标进行比对，完成冲击地压覆岩致灾关键层的判识
。2.
根据权利要求1所述复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法，其特征在于，所述地质数据包括工作面顶板各岩层信息
、
煤层底板等高线图
、
工作面地应力测试数据和矿井岩石物理力学性质参数，所述工作面顶板各岩层信息由工作面综合柱状图提取，其包括岩层厚度
、
岩性
、
距煤层距离；所述工作面地应力测试数据包括工作面垂直应力和水平应力；所述矿井岩石物理力学性质参数包括岩石密度
、
弹性模量
、
剪切模量
、
抗拉强度
、
内聚力及摩擦角
。3.
根据权利要求1所述复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法，其特征在于，所述步骤
S2
具体为：
S21、
根据步骤
S1
中的工作面顶板各岩层信息及煤层底板等高线图通过
Rhino
软件建立三维模型网格；
S22、
将三维网格文件导入
FLAC3D
软件中，根据矿井岩石物理力学性质参数对各岩层的密度
、
弹性模量
、
剪切模量
、
抗拉强度
、
内聚力
、
摩擦角进行赋值；
S23、
根据工作面地应力测试数据，设置边界条件及初始条件进行数值模拟仿真模型初始地应力平衡；
S24、
取工作面长度的四十分之一作为每步进尺距离，分步开挖模拟工作面回采，并计算每步开挖后的模拟结果
。4.
根据权利要求1所述复杂覆岩结构条件下冲击地压致灾关键层判识方法，其特征在于，所述步骤
S3
具体为：
S31、
使用
FLAC3D
软件调用步骤
S2
中第一步开挖后的模拟结果；
S32、
查看模型当前状态，记录此时的塑性区发育高度与工作面超前支承压力峰值；
S33、
调用第二步开挖后的模拟结果；
S34、
重复步骤
S32
对第二步开挖模拟结果进行数据记录；
S35、
持续重复步骤
S33
和
S34
，直至对步骤
S2
中每步开挖后的模拟结果均进行数据记录后停止
。5.
根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：相里海龙，曹安业，王国清，张宁，马小辉，胡沛，吕大钊，王冰，王常彬，
申请(专利权)人：陕西彬长孟村矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：