[发明专利]一种坚硬顶板下采动邻空煤巷围岩动静载的预测方法

说明书

本发明属于井下煤巷研究领域，尤其是一种适用于坚硬顶板下采动邻空煤巷围岩动静载的预测方法，其包括四个步骤：第一步现场原位地质力学测试，获得煤及顶板岩层的物理属性、力学属性；第二步，基于煤岩体相似材料配比试验结果，建立含煤层巷道的大尺度平面应力物理相似模型；第三步，配置物理模型中工作面开采过程中特征物理指标的监测系统；第四步，监测数据的统计分析，预测采动顶板破断结构特征、静载特征、动载特征。本发明方法经济成本低、劳动强度小、可重复性强、可直接观测；减少原位监测所需的设备费、人工费，缩短预测周期；一个物理模型中实现工作面开挖对巷道影响的多物理指标监测，在本技术领域内具有广泛的实用性。

技术领域

本发明属于井下煤巷研究领域，尤其是一种适用于坚硬顶板下采动邻空煤巷围岩动静载的预测方法。

背景技术

邻空煤巷是靠近采空区一侧的工作面回采巷道，依据掘巷时机和空间位置，可将其划分为沿空掘巷、迎采掘巷、沿空留巷、留煤柱留巷，其安全维护是保障现代化矿井高效智能开采的关键。采动近距离厚层坚硬顶板运动迫使邻空煤巷经受侧向支承应力、超前支承应力、动载应力扰动的叠加作用，当承载能力不足以抵抗该作用时，邻空煤巷围岩将产生大变形甚至冲击矿压等煤岩动力灾害，严重影响该类巷道的安全维护。如何获得采动坚硬顶板活动过程中邻空煤巷围岩承载的静载和动载特征成为该领域工程技术人员需要解决的难题。

发明内容

本发明目的在于克服已有技术的不足之处，提供一种经济成本低、劳动强度小、监测周期短的采动邻空煤巷围岩动静载的预测方法。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种坚硬顶板下采动邻空煤巷围岩动静载的预测方法，包括如下四个步骤：第一步，现场原位地质力学测试，获得煤及顶板岩层的物理属性、力学属性；第二步，基于煤岩体相似材料配比试验结果，建立含煤层巷道的大尺度平面应力物理相似模型；第三步，配置物理模型中工作面开采过程中特征物理指标的监测系统；第四步，监测数据的统计分析，预测采动顶板破断结构特征、静载特征、动载特征。

进一步，所述第一步具体为，工作面开采前，开展现场原位地质力学测试，获得煤及顶板岩层的物理属性、力学属性，形成开采煤层附近煤岩体地质力学报告，调研工作面采掘规划方案，形成工作面开采的工程报告。

进一步，所述第二步具体为，依据现场工程地质条件，搭建合适的模拟实验平台，基于实验平台和现场原型的几何尺寸，确定相似模拟实验的几何相似比，基于已有的煤岩体相似材料配比试验结果，确定合理的相似材料及其用量，建立含煤层巷道的大尺度平面应力物理相似模型。

进一步，所述第三步具体为，模型铺设过程中，在煤层底板间隔一定距离布置若干应力传感器，在巷道顶板、两帮各布置一个应力传感器；靠近模型四个角的位置对称布置4组共8个大尺度声发射探头，在坚硬顶板、软弱岩层表面布置位移监测点，从而形成物理指标监测系统。

进一步，所述第四步具体为，对模型施加边界条件，模拟原岩应力场，分步开挖工作面，记录开挖过程中采动顶板破断结构特征、静载特征、动载特征。

进一步，邻空煤巷和工作面开挖布置在同一个相似模型当中，模拟工作面采动对邻空煤巷的动静载影响。

进一步，所述物理指标监测系统实现在一个模型中监测坚硬顶板破断结构特征、静载特征、动载特征。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：（1）经济成本低、劳动强度小、可重复性强、可直接观测；（2）减少原位监测所需的设备费、人工费，缩短预测周期；（3）一个物理模型中实现工作面开挖对巷道影响的多物理指标监测；（4）由于采用了上述技术方案，本发明通过建立大尺度物理相似模型，在模型铺设过程中安装物理指标监测传感器，模拟现场工作面采动过程中坚硬顶板运动结构特征、静载特征和动载特征，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明