[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

说明书

本发明公开了一种急倾斜特厚煤层开采巷道围岩稳定性的评价方法，包括以下步骤：(1)计算急倾斜特厚煤层三角塑性区垂直深度H₁；(2)计算急倾斜特厚煤层深部塑性区垂直深度H₂；(3)确定急倾斜特厚煤层采场塑性区垂直深度H；(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，可为急倾斜特厚煤层巷道冲击地压防治提供理论指导。因此本发明对急倾斜特厚煤层工作面安全生产、人员安危等具有重要的现实意义与重大的社会效益，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及煤矿开采与煤矿安全技术领域，具体是一种急倾斜特厚煤层开采巷道围岩稳定性的评价方法。

背景技术

我国急倾斜煤层(煤层倾角45°～90°)开采占国内煤炭总储量的15％～20％。对于真厚≥18m的急倾斜特厚煤层，水平分段综放开采已成为主要开采途径。该采煤方法将工作面沿煤厚的水平方向布置，按一定高度将煤体分成若干分段，工作面巷道以靠近两侧顶底板岩层而分别命名为顶板巷和底板巷。随着开采深度的逐年增大，急倾斜特厚煤层冲击地压灾害频发，且主要发生于巷道，因此对于急倾斜特厚煤层巷道围岩稳定性进行评价已经非常必要，可为该类巷道冲击地压防治提供理论指导。

急倾斜特厚煤层采场塑性区分布对该类巷道围岩稳定性有重要影响，巷道与采场塑性区的相对位置关系决定了巷道围岩的受力情况。然而，现有的急倾斜特厚煤层巷道布置方案及围岩稳定性分析主要基于现场实测和经验估算，尚不清楚回采巷道与峰值采动应力和采场塑性区的位置关系，常发生由于巷道布置不合理而引起的冲击地压事故，未能在开采设计阶段就避免巷道冲击灾害的可能性。因此，提出一种定量评价急倾斜特厚煤层巷道围岩稳定性的方法，对于矿井的安全高效生产以及提高社会整体的经济效益具有重要的影响意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种急倾斜特厚煤层开采巷道围岩稳定性的评价方法，能对急倾斜特厚煤层回采巷道围岩稳定性及冲击危险等级进行精确评价，可从防冲角度为急倾斜特厚煤层工作面分段垂高选取及巷道布置提供数据支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明公开了一种急倾斜特厚煤层开采巷道围岩稳定性的评价方法，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。

进一步，步骤1、急倾斜特厚煤层由于其较大的煤层倾角和水平分段开采方法，在煤体上部表面附近形成近似直角三角形的三角塑性区，该区域煤体较为破碎，承载能力较弱；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，具有一定的承载能力；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：