[发明专利]一种沿空留巷巷旁充填体宽度确定方法

说明书

本发明公开了一种沿空留巷巷旁充填体宽度确定方法，其可视化反演随工作面推进巷旁充填体内裂隙演化过程，基于裂隙演化机制和巷旁充填体区域及整体损伤度确定合理宽度，保障巷旁充填体有效承载的同时有效隔离采空区瓦斯，安全可靠，填补了目前不考虑巷旁充填体隔离作用且无法可视化反演损伤过程的空白，通过本方法能够合理准确地确定巷旁充填体宽度，有效控制巷道围岩变形，使断面能够满足通风和瓦斯排放要求，为实现安全高效生产提供保障。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种沿空留巷巷旁充填体宽度确定方法。

背景技术

巷旁充填体能够切断足以充满采空区的顶板岩层，使巷道处于低应力区中，改善巷道维护状况，同时布置合理的充填体能够隔离采空区，防止有害气体渗透入巷道内。沿空留巷是指本工作面开采时，通过构筑充填体维护保留本工作面的回采顺槽，为下一工作面回采时使用。尽管巷旁充填体在井下成功应用，但仍缺乏统一的巷旁充填体宽度设计原则。

目前关于沿空留巷巷旁充填体的设计多数是从宏观层面对巷旁支护阻力、变形特征、作用机制等充填体的承载作用等方面。普遍采用理论计算、有限元模拟软件计算作为设计手段。然而理论计算需要对现场情况进行建模简化，对于复杂的井下环境通常只能做近似、定性的分析，得到的结果难以有效解决现场问题。理论计算方法通常采用刚性结构模型设计巷旁充填体宽度，以刚性模型表示的巷旁充填体在计算中形状和支护阻力不会改变，这与现场实际情况不符合，计算得出的巷旁充填体宽度的可靠性难以保证。以FLAC3D软件为代表的有限元模拟软件把物理介质视为完全连续体，采用节点或结构单元来表达物理介质的空间形体，忽略了岩石的不连续性质且不能探究充填体内部裂隙的扩张发育情况，只研究了充填体的承载作用，难以保证充填体的隔离作用，具有较大的局限性。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种沿空留巷巷旁充填体宽度确定方法，其能够合理准确地确定充填体宽度，保障有效承载的同时，有效隔离采空区瓦斯，安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种沿空留巷巷旁充填体宽度确定方法，包括以下步骤：

S1、对矿井地层钻孔获取煤岩芯并记录岩性、岩层分布，将顶底板岩芯、煤层岩芯及巷旁充填体构筑材料制成标准的岩块试样进行单轴压缩实验：测试岩块试样的单轴抗压强度和弹性模量；

S2、建立单轴压缩数值模型，调整不同模型参数进行计算，使模拟结果与步骤S1中测试得到的煤岩体及巷旁充填体构筑材料的单轴抗压强度和弹性模量相匹配，确定合理的模拟参数，依据矿井地层情况和生产情况建立模型并赋予匹配的模拟参数；

S3、可视化反演巷旁充填体内裂隙演化过程：利用步骤S2建立的数值模型和确定的参数，研究随着工作面推进时巷旁充填体应力和内部裂隙演化、分布规律；记录充填体体内裂隙发展的动态过程，建立宏观应力与微观裂隙损伤的关系，绘制裂隙演化过程图，由此实现裂隙演化可视化反演并确定充填体内裂隙演化机制；

S4、基于裂隙演化和巷旁充填体区域及整体损伤度确定合理宽度：基于损伤后充填体的裂隙分布特征和损伤度对充填体进行分区，把低损伤区即屈服承载区B的面积占比作为充填体承载能力和隔离作用的评价指标，据此确定合理的充填体宽度；

S5、基于步骤S4确定的巷旁充填体宽度和相应的裂隙演化规律，提出相对应的对拉锚杆+钢丝网支护技术控制技术来控制巷旁充填体稳定。

优选地，步骤S2中，利用UDEC-Trigon方法建立单轴压缩数值模型，采用试错法调整模型参数进行计算。

优选地，步骤S3中，实时监测巷旁充填体在工作面推进过程中应力、裂隙的演化情况，记录充填体体内裂隙动态显示图，建立应力-裂隙-损伤的联动关系，选取损伤关键结点的充填体裂隙显示图，绘制充填体内裂隙演化过程图，实现裂隙发展过程可视化反演。