【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿山安全开采与工程设计，具体涉及一种深部煤矿巷道底板屈曲失稳的控制方法、设备及存储介质。
技术介绍
1、我国煤矿地下开采正以10～25m/a的速度向深部不断延伸，随着浅埋易采煤炭资源不断开采和枯竭，为了解决凸显的能源“需求-供给”矛盾，深部开采势在必行。据不完全统计，目前我国开采深度超过1000m的矿井数量超过了50处，最大深度达到了1500m，随着深部矿井数量和开采深度的不断增加，深部开采巷道工程面临的“三高一扰动”等问题不断严重，其主要原因是深部巷道岩体力学行为发生了明显变化，原岩应力(场)和开采形成的围岩应力(场)相互影响并耦合作用，往往能够造成巷道围岩持续变形甚至失稳破坏。为了满足生产和安全的需要，深部巷道通常采用煤岩压裂、软化、卸压、支护等技术和工艺，对深部巷道的矿压及其诱发的灾害进行防控，但是从理论研究和工程实践来看，深部巷道矿压及灾害只能一定程度上减弱，但不能从根本完全消除，内在原因是沿袭于浅部巷道稳定控制的理论成果和技术方法已不能有效指导深部巷道安全采掘与工程设计，深部巷道失稳及其相关问题，给深部资源安全高效开采带来了威胁，不利于煤炭资源稳定供给。上述问题受到了政府、生产和科研等部门及人员持续关注。
2、由于巷道失稳因素的多元性及其相互作用的复杂性，我国学者开展了相关研究：运用弹性理论、弹塑性理论、塑性局部化理论等，将巷道失稳当成静态稳定性问题，揭示巷道煤岩破坏的力学机制；利用数值模拟和力学实验等，将巷道失稳视为动态失稳问题，分析巷道煤岩变形、破坏动载响应特征，揭示巷道失稳启动、发生机制
3、巷道失稳的类型(种类)复杂、多变，并没有统一、标准的划分方法，通常按参与巷道岩体岩性大致分为：帮部失稳、顶板失稳、底板失稳、整体失稳等，目前煤炭开采领域仍未形成适用和指导巷道失稳预测和安全防控的普遍性原理。
技术实现思路
1、本专利技术提出的一种深部巷道底板屈曲失稳的控制方法、设备及存储介质，可至少解决
技术介绍
中的技术问题之一。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
3、一种深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，包括以下步骤，
4、对深部巷道底板屈曲失稳倾向性岩层特征分析，进行工程适用辨识，对符合设定条件的底板结构则进行下一步，不符合的则不适用；
5、对上述符合条件的底板结构进行深部巷道掘进局部水平应力转移模型与分析，进行深部掘进巷道局部水平应力来源评估和定量估算；
6、对深部巷道底板屈曲失稳分类及其分析；
7、找到压杆模型预测控制巷道底板屈曲失稳的最小厚度和找到简化固支梁模型预测控制巷道底板屈曲失稳的最大厚度，从而确定相应的控制方法。
8、进一步地，对深部巷道底板屈曲失稳倾向性岩层特征分析，进行工程适用辨识，对符合设定条件的底板结构则进行下一步，不符合的则不适用，包括，
9、满足以下条件的情况下，深部巷道掘进完成后能够“暴露”坚硬的关键层底板结构即底板存在坚硬岩层，受到原岩应力、采动围岩应力影响，是否具有发生底板屈曲失稳倾向性，关键在于屈曲失稳临界厚度和控制方法；其中，
10、岩性以巷道底板岩层以砂岩或其他坚硬岩层相对硬或强度较大的岩性为主；
11、厚度满足巷道底板砂岩或其他坚硬岩层单层厚度接近于巷道宽度的0.1～1倍；
12、位置是巷道的砂岩或其他坚硬岩层直接底，或者紧邻直接底的位置；
13、完整性为砂岩直接底完整性较好，没有明显的厚度变化、裂隙发育“缺陷”情况；
14、其他岩或层性为砂岩或其他坚硬岩层直接底下方其他岩层或性以泥岩为主。
15、进一步地，对上述符合条件的底板结构进行深部巷道掘进局部水平应力转移模型与分析，进行深部掘进巷道局部水平应力来源评估和定量估算，包括，
16、(1)巷道掘进之前的水平应力：深部矿井岩体在原岩状态下，垂直应力大小近似为覆岩的平均容重γ与其深度h的乘积，即近似表达为γh；水平应力大小近似为垂直应力的k倍，k为侧压系数，依据地应力结果确定，当深部开采条件时，水平主应力接近甚至大于垂直主应力，并具有随采深增加而k随之增加的总体趋势；将深部水平应力近似拟合为采深的渐进函数，地表计为0，且随着采深增加而线性变变化，据此，深部巷道周边围岩原始垂直应力近似为σh＝γh，水平应力近似为σs＝kσh＝kγh；
17、(2)巷道掘进之后的水平应力：深部巷道掘进近似看成整体地层中对煤层的局部开挖，开挖过程中即为原始应力的打破、转移、重新分布、再次平衡的过程；单个巷道掘进过程中认为没有外部力源输入，由于巷道开挖区域的原始水平应力不能凭空消失，“卸荷”的水平应力将快速向巷道顶、底部岩层就近转移，转移的应力集中在坚硬岩层两端；巷道开挖造成局部围岩水平应力“释放”，释放的这部分水平应力转化成载荷并迅速向巷道附近的坚硬顶底板“转移”，分别能够造成顶底板关键层水平应力“集中”，水平应力的释放、转移和集中之间保持内在的“平衡性”；
18、考虑巷道开挖后可能残留一定的原始水平应力，若实际水平应力转移系数为t∈(0，1)，巷道开挖前近似认为煤体原始水平应力沿煤层厚度不变，即煤层原始水平应力为σs＝kγh，假设巷道高度不超过煤层厚度，且巷道开挖不引起顶底板岩层破坏，开挖巷道“释放”的水平应力之和w为
19、w＝tbσs＝tbkγh(1)
20、巷道开挖“释放”的水平应力向坚硬底板关键层以下简称“底板”，“转移”的系数设为向底板“转移”的水平应力之和w′为
21、
22、设底板岩层厚度为h，向底板“转移”的水平应力“增量”δσh为
23、
24、近煤层底板岩层的原始水平应力认为在巷道开挖前后保持不变，忽略煤层厚度等因素影响，煤层底板原始水平应力近似为σs＝kγh，考虑上述水平应力“增量”引起的水平应力集中效应，依据应力叠加原理，估算深部巷道底板岩层“集中”的水平应力σs′为
25、
26、进一步地，所述对深部巷道底板屈曲失稳分类及其分析，包括，
27、根据巷道厚度h与巷道宽度a之间的比值关系，存在2种典型情况下巷道底板屈曲失稳类型：
28、(1)当巷道底板厚度偏小，巷道厚度h与巷道宽度a比值h/a结果接近1/5时，受水平应力作用的固支梁结构可以简化为两端固定支承约束条件下等截面细长压杆模型，能够通过据此分析得到控制巷道底板屈曲失稳的最小厚度hmin；
29、(2)当巷道底板厚度偏大，巷道厚度h与巷道宽度a比值h/a结果超过1/5时，受水平应力作用的固支梁结构可以简化为两端水平应力作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于：对深部巷道底板屈曲失稳倾向性岩层特征分析，进行工程适用辨识，对符合设定条件的底板结构则进行下一步，不符合的则不适用，包括，
3.根据权利要求2所述的深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于：对上述符合条件的底板结构进行深部巷道掘进局部水平应力转移模型与分析，进行深部掘进巷道局部水平应力来源评估和定量估算，包括，
4.根据权利要求3所述的深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于：所述对深部巷道底板屈曲失稳分类及其分析，包括，
5.根据权利要求4所述的深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于：找到压杆模型预测控制巷道底板屈曲失稳的最小厚度，包括，
6.根据权利要求4所述的深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于：找到简化固支梁模型预测控制巷道底板屈曲失稳的最大厚度，包括，
7.根据权利要求4所述的深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于：从而确定相应的控制方法，包括，<...
【技术特征摘要】
1.一种深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于：对深部巷道底板屈曲失稳倾向性岩层特征分析，进行工程适用辨识，对符合设定条件的底板结构则进行下一步，不符合的则不适用，包括，
3.根据权利要求2所述的深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于：对上述符合条件的底板结构进行深部巷道掘进局部水平应力转移模型与分析，进行深部掘进巷道局部水平应力来源评估和定量估算，包括，
4.根据权利要求3所述的深部巷道底板屈曲失稳的控制方法，其特征在于：所述对深部巷道底板屈曲失稳分类及其分析，包括，
5.根据权利要求4所述的深部巷道底板屈曲失...
【专利技术属性】
技术研发人员：张明，魏凯祥，杜岩，刘同达，杨世纪，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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