[发明专利]大倾角大采高采场煤壁采动力学行为演变规律研究方法

权利要求书

1.一种大倾角大采高采场煤壁采动力学行为演变规律研究方法，其特征在于，包括：

采用数值计算构建不同开采条件的数值模型并进行开挖计算，绘制煤壁承载空间分布及其演变曲线，初步明确工作面倾向不同区域、走向不同位置煤壁承载强度、增载系数、扰动范围的力学环境动态变化规律；

采用物理相似模拟实验方法构建与数值计算同开采条件的分区走向物理相似材料模型并进行开挖计算，对数值模型下开采实验来辅证，并确定倾角及层间效应耦合作用下回采过程中承载环境演变规律；

基于煤壁承载规律，进行多路径力学性能测试及逐级分区性加载物理相似材料实验，并将物理力学性能测试、力学性能数值计算实验及逐级分区性加载物理相似材料实验的结果综合分析，系统性研究大采高采场煤壁采动力学行为演变规律。

2.按照权利要求1所述的大倾角大采高采场煤壁采动力学行为演变规律研究方法，其特征在于，所述数值模型直接顶与数值模型煤层间嵌入有一层介质层，所述介质层厚度为数值模型直接顶厚度的1/5～1/2；所述数值模型直接顶及介质层自开切眼至边界区域内布置有多条应力测线；

其中，所述数值模型直接顶内的应力测线布置在到所述介质层的距离为1/5～1/4数值模型直接顶厚度处，测线间距为1m～2m，测点间距为0.2m～0.5m；介质层内沿其垂向中部布置测线、测点，测线、测点间距与数值模型基本顶内测线、测点的位置相对应；煤层中测线从模拟煤壁至边界面区域布设，所述数值模型煤层沿垂向上按数值模型煤层厚度划分为上、中、下三个层位，分别在不同层位的1/6层厚处布置测线、测点，所述测线、测点间距与直接顶测线、测点间距一致。

3.按照权利要求1所述的大倾角大采高采场煤壁采动力学行为演变规律研究方法，其特征在于，所述物理相似材料模型铺设时，在物理相似材料模型煤层底部埋设压力传感器，物理相似材料模型直接顶、介质层及煤层内沿工作面走向预埋土压力盒，且埋设间距与所述数值模型测点间距满足几何比列关系，并在实验后综合分析数值计算及物理相似材料实验监测数据，确定倾角及层间效应下工作面不同区域煤壁应力区划及其分布状况。

4.按照权利要求1所述的大倾角大采高采场煤壁采动力学行为演变规律研究方法，其特征在于，所述采用数值计算构建不同开采条件的数值模型并进行开挖计算，具体是基于研究工程背景下的现场煤层综合柱状图及煤岩力学参数，借助FLAC3D数值计算软件，建立不同倾角、采高、层间属性数值计算模型并进行开挖计算。

5.按照权利要求1所述的大倾角大采高采场煤壁采动力学行为演变规律研究方法，其特征在于，所述力学性能测试包括物理试样力学性能测试和数值模型力学仿真测试。

6.按照权利要求5所述的大倾角大采高采场煤壁采动力学行为演变规律研究方法，其特征在于，所述物理试样力学性能测试具体为：现场从工作面上、中、下各区域中部位置进行取样，并加工成测试试样，借助超声波检测仪进行声波测试，试样端部涂抹耦合剂并将其竖直置于探头间，统计波速变化情况，剔除同类型中波速明显异化的试样，采用SEM电镜扫描差异化表征工作面不同区域煤体初始化状态，力学性能测试过程中借助高带宽声波信号采集仪及高速摄像仪动态监测并记录煤体内部结构损伤破坏状况及其破断形成演变过程，测试时将试样置于声波信号探头间，并一同放于压力试验机压头间，实时监测波速变化及其能量变化状况，加载值依据煤壁前方3m～5m处煤体采动过程中应力演变状况来确定，测试后可借助SME电镜确定煤体破断类型。

7.按照权利要求5所述的大倾角大采高采场煤壁采动力学行为演变规律研究方法，其特征在于，所述数值模型力学仿真测试具体为：借助3DEC数值计算软件进行，加压方式设定为加轴压-卸围压和循环性加轴压-卸围压两种路径加压，以确保研究条件一致，数值模型与物理试样等效；两种路径加压实验均需将轴、侧压根据煤层原岩应力水平进行加压，以模拟初始应力状态，并进行100～200计算时步的稳压操作，而后加轴压、卸侧压直至模型破坏，对于循环实验来说，其循环次数及强度根据煤壁前方3～5m处承载环境确定。