[发明专利]一种急倾斜特厚煤层开采巷道围岩稳定性的评价方法

权利要求书

1.一种急倾斜特厚煤层开采巷道围岩稳定性的评价方法，其特征在于，包括：

步骤1、计算急倾斜特厚煤层三角塑性区垂直深度H₁；

步骤2、计算急倾斜特厚煤层深部塑性区垂直深度H₂；

步骤3、确定急倾斜特厚煤层采场塑性区垂直深度H；

步骤4、基于工作面分段垂高h与塑性区垂直深度H的大小关系，评价急倾斜特厚煤层巷道围岩稳定性。

2.根据权利要求1所述的急倾斜特厚煤层开采巷道围岩稳定性的评价方法，其特征在于：

步骤1、急倾斜特厚煤层在煤体上部表面附近形成近似直角三角形的三角塑性区，计算急倾斜特厚煤层三角塑性区垂直深度H₁：先获取急倾斜特厚煤层倾角、煤层真厚；然后将获取的各个数据代入如下公式一：

H₁＝xcosθ(0≤x≤M)

式中，H₁表示急倾斜特厚煤层三角塑性区的垂直深度，单位为m；θ表示急倾斜特厚煤层倾角，单位为°；M表示急倾斜特厚煤层真厚，单位为m；x表示急倾斜煤体距顶板岩层的法向距离，单位为m；

步骤2、在急倾斜特厚煤层三角塑性区下方即为深部塑性区，计算急倾斜特厚煤层深部塑性区垂直深度H₂：先获取急倾斜特厚煤层倾角、煤层真厚、顶煤厚度、煤体内聚力、煤体内摩擦角、煤体顶面处的采深、煤体与顶底板间的摩擦因数、采动应力集中系数、煤体的平均体积力、覆岩的平均体积力、侧压系数、工作面支架平均支撑强度；然后将获取的相关数据代入如下公式二：

式中，σ_b表示三角塑性区和深部塑性区交界面的法向承载强度，单位为Pa；γ_m表示煤体的平均体积力，单位为kN/m³；表示工作面支架平均支撑强度，单位为Pa，由现场实测给定；h_m表示顶煤的厚度，单位为m；

将由公式二获得的σ_b代入如下公式三：

式中，N_b表示三角塑性区和深部塑性区交界面的倾向承载强度，单位为Pa；c表示煤体内聚力，单位为Pa；表示煤体内摩擦角，单位为°；

将由公式三获得的N_b和获取的各个数据代入如下公式四：

式中，L表示深部塑性区倾斜深度，单位m；f表示煤体与顶底板间的摩擦因数，单位为1；H₀表示煤体顶面处的采深，单位为m；γ表示覆岩的平均体积力，单位为kN/m³；λ为侧压系数，单位为1；

求解公式四，可获得深部塑性区倾斜深度L，然后将L代入如下公式五：

式中，H₂表示急倾斜特厚煤层深部塑性区的垂直深度，单位为m；

步骤3、确定急倾斜特厚煤层采场塑性区垂直深度H：将步骤1、步骤2获得的H₁、H₂代入如下公式六：

H＝H₁+H₂

式中，H表示急倾斜特厚煤层采场塑性区的垂直深度，单位为m；

步骤4、基于工作面分段垂高h与塑性区垂直深度H的大小关系，评价急倾斜特厚煤层巷道围岩稳定性：将步骤3得到的采场塑性区的垂直深度H和获取急倾斜煤层工作面分段垂高h进行比较；若h≤H，则表示巷道处于采场塑性区内，巷道无冲击危险；反之，若h＞H，则表示巷道具有冲击危险。

3.根据权利要求2所述的急倾斜特厚煤层开采巷道围岩稳定性的评价方法，其特征在于：

若H＜h≤(H+0.5H₂)，则巷道临近倾向采动峰值应力区，巷道具有强冲击危险；若(H+0.5H₂)＜h≤(H+1.5H₂)，则巷道处于倾向采动峰值应力区与原岩应力区之间的弹性区，巷道具有中等冲击危险；若h(H+1.5H₂)，则巷道临近或处于倾向原岩应力区，巷道具有弱冲击危险。

4.根据权利要求3所述的急倾斜特厚煤层开采巷道围岩稳定性的评价方法，其特征在于：基于评价结果，优先在开采设计阶段将工作面巷道布置于采场塑性区内，即无危险区域，若巷道已布置完成且处于采场塑性区以外，则根据所处的危险等级采取相应的卸压措施。