[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

说明书

本发明公开了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，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，初步明确工作面倾向不同区域、走向不同位置煤壁力学环境动态变化规律；物理相似模拟实验方法铺装与数值计算同开采条件分区走向物理相似模型并开挖，综合数值计算结果确定倾角及层间效应耦合作用下回采过程中不同区域煤壁承载环境演变规律；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，系统性研究大采高采场煤壁采动力学行为演变规律。其能够反映煤壁承载环境动态变化状况，不同承压路径下煤壁形变位移及内部结构状态演变等力学响应行为演变规律，为大倾角大采高采场煤壁灾变防控提供科学指导。

技术领域

本发明涉及大倾角大采高采场煤壁防控技术领域，具体是涉及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。

背景技术

大采高由于具有单面产效高、资源损耗少等技术性优势，现已在部分大倾角厚煤层开采中得到应用，虽取得了良好的经济效益，但煤壁片帮问题较为突出，大采高技术优势严重受限。大倾角工作面围岩控制的核心是“顶板-支护体-底板”系统动态稳定性控制，煤壁作为支护结构的组成元素之一，承载作用会多向耦合，无约束高度大，自稳性差，其一旦片帮，极易诱使工作面承载系统失衡，加剧围岩灾变，形成冒顶、飞矸等衍生动力灾害，制约工作面安全生产，煤壁灾变防控理论需求迫切。

煤壁灾变防控是确保大采高技术高效化开采大倾角等复杂难采优质煤炭资源的关键，学者们对此从多角度展开了研究，但目前着眼点主要聚焦在煤壁灾变形态、力学分析模型、支承压力分布演化、灾变机理及控制措施等方面，虽取得了一定成果，但仍存在局限性，煤壁灾变可理解为是其内部煤体力-行为(变形、位移等)响应过程中由煤介质位移、变形等行为量变动态发展为结构质变，内部结构劣化后使得介质状态改变，完整性结构演变为松散、破碎结构，进而发生大尺度运移所表现出的宏观性破坏现象，可见，煤壁采动过程中力-行为动态变化规律是其灾变研究的核心内容。为有效防控大倾角大采高采场煤壁失稳，亟需一种方法来有效确定倾角及层间效应下煤壁承载时空分布演变规律，煤体形变、内部结构破坏演变及裂隙发育演变等行为动态变化规律，以此为大倾角大采高工作面围岩动力灾害预测与控制提供基础。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种大倾角大采高采场煤壁采动力学研究方法，其能够反映煤壁承载环境动态变化状况，不同承压路径下煤壁形变位移及内部结构状态演变等力学响应行为演变规律，为大倾角大采高采场煤壁灾变防控提供科学指导。

为实现上述目的，发明采用的技术方案是：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、扰动范围等力学环境动态变化规律；

采用物理相似模拟实验方法构建不同开采条件的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。

上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；