[发明专利]非均匀关键层结构对煤层动力灾害影响区域的判断方法

说明书

本发明提供了一种非均匀关键层结构对煤层动力灾害影响区域的判断方法，首先收集整个开采区域内全部已有的钻孔柱状图资料，对全部钻孔柱状图进行关键层判别，将得到各个钻孔柱状的关键层厚度H及关键层与煤层之间的间距D，在此基础上通过距离加权插值可求任意点处的H与D，获得相同煤层不同工作面上覆非均匀关键层结构特征，当工作面上覆关键层厚度H及关键层与煤层之间的间距D确定的条件下，则可得到与工作面相距距离L时的煤层应力为P(H,D,L)，设定某个应力集中系数判据K，将达到该判据时的距离视为临界影响距离L_K，认为小于该距离的区域为煤层动力灾害影响区域。本发明能够为采场动力灾害防治提供重要依据。

技术领域

本发明涉及矿山安全防治技术领域，具体涉及一种非均匀关键层结构对煤层动力灾害影响区域的判断方法。

背景技术

在煤层工作面开采前，整个上覆岩层处于一种应力平衡状态，工作面开采后原始应力平衡状态被破坏，从而引起应力的重新分布，导致上覆岩层出现垮落、裂隙、离层及弯曲等，随着工作面开采的不断推进，这种复杂的物理力学过程不断重复，覆岩破坏在时空上发生转移，从直接顶逐渐向上不断发展直至地表。

由于煤层上方存在多个岩层，而对煤层开采后起主要影响的是岩层为厚度较大的坚硬岩层，即所谓的关键层。假如煤层为水平分布，但其上覆关键层结构存在非均匀分布特征时，则在同一煤层的不同回采工作面上方关键层结构则可能存在较大差异，因此在分析不同回采工作面的开采扰动影响时，不能将上覆关键层结构进行均化处理，需要充分考虑上覆关键层的厚度及其与煤层间距等结构特征。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种非均匀关键层结构对煤层动力灾害影响区域的判断方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

非均匀关键层结构对煤层动力灾害影响区域的判断方法，包括如下步骤：

S1、收集开采区域内全部已有钻孔的钻孔柱状图资料；

S2、根据步骤S1收集的已有钻孔的钻孔柱状图资料，对全部钻孔柱状图进行关键层判别，判别得到各个钻孔柱状图所对应的煤层深度H₀、关键层厚度H及关键层与煤层之间的间距D；

S3、在已有钻孔的关键层厚度H及关键层与煤层之间的间距D的基础上，通过反距离加权插值的方法求取开采区域内任意点处的关键层厚度H及关键层与煤层之间的间距D；

S4、假设开采区域的煤层为水平分布，即开采区域内不同工作面的煤层深度均相同，记为H₀；在步骤S3中得到的关键层厚度等高线及关键层与煤层之间的间距等高线的基础上，得出不同工作面上覆关键层厚度H及关键层与煤层之间的间距D的非均匀分布特征；

S5、通过三维数值模拟得到每个具体的工作面，每个工作面具有不同的关键层厚度H及关键层与煤层之间的间距D；记与工作面的水平距离为L的煤层的采动应力为P(H,D,L)；设定应力集中系数判据为K，煤层的采前应力为P₀＝γH₀，其中γ为岩层的容重；将满足P(H,D,L)/P₀＝K的距离L视为临界影响距离L_K；

S6、对于距离工作面L_K处的煤层，将与该煤层所在平面的水平距离小于或等于L_K的区域视为煤层动力灾害影响区域，大于L_K的区域视为非煤层动力灾害影响区域。

进一步地，步骤S3的具体过程如下：