[发明专利]深部开采底板岩层损伤破裂演化及破坏规律的分析方法

摘要

本发明公开了一种深部开采底板岩层损伤破裂演化及破坏规律的分析方法，其包括以下步骤：采集采场底板应力状态数据的步骤；采集采场底板岩层损伤破裂数据的步骤；采集深井底板岩层损伤破裂数据的步骤；采集深井底板采动损伤破裂数据的步骤；分析上述采场底板应力数据、采场底板岩层损伤破裂数据、深井底板岩层损伤破裂数据与深井底板采动损伤破裂数据，得出深部开采底板岩层损伤破裂演化过程及破坏规律的步骤。获得深部开采底板岩层损伤破裂演化过程及破坏规律，给具体的深井开采提供数据基础，进而为提高深井开采效率以及开采安全性提供技术支持。

主权项

一种深部开采底板岩层损伤破裂演化及破坏规律的分析方法，其包括以下步骤：A、采集采场底板应力状态数据包括采场底板应力数据的步骤与采场底板应力变化数据的步骤；A1、采场底板应力数据的步骤包括：在煤层在采动之前，底板岩体处于原岩应力平衡状态，采集原岩应力数据；在采动后，采集底板岩层的应力场重新分布后的应力数据；对长壁工作面初次来压和周期来压阶段的底板应力状态进行模拟，得出沿推进方向上煤体支承压力变化将依次经历正常地应力→高峰支承压力→卸压→应力恢复四个阶段；将对应底板划分为原岩区→压缩区→膨胀区→实压区；A2、采场底板应力变化数值模拟的步骤包括：采用RFPA2D数值模拟软件模拟深井完整型底板和损伤型底板，在底板岩层中加入4条方向、大小、深浅不一的裂隙，模拟底板中裂隙的各向异性，在开采过程中的应力变化，模拟流程包括建立坐标网格、设定本构关系模型和材料性质、设定外力和边界条件、求解起始应力平衡并存储、调用初始应力平衡、设定新的材料性质和支撑性质、设定新外力和新边界条件、求解工程应力平衡并存储，模拟底板在应力和应力‑损伤两种状态下的底板损伤破裂演化过程，然后分别对其在采动中的最大主应力，剪切应力及弹性模量变化进行分析，找出底板破坏规律；B、采集采场底板岩层损伤破裂数据的步骤包括：确定底板岩层裂隙在三轴压应力作用下的扩展数据；C、采集深井底板岩层损伤破裂数据的步骤包括：运用FLAC3D数值模拟软件对回采过程进行模拟，采集在推进到井下200m的过程中底板岩体应力分布和塑性区分布的数据；D、采集深井底板采动损伤破裂数据的步骤包括：采用井下钻孔双端封堵测漏法对深井底板损伤破裂深度进行现场实测，然后在深井下从煤层底板向下打一任意俯角的钻孔，然后进行分段封堵注水，根据注水量及钻孔分段封堵注水漏失量采集受开采活动的影响底板损伤破裂最大高度的数据；E、分析上述采场底板应力数据、采场底板岩层损伤破裂数据、深井底板岩层损伤破裂数据与深井底板采动损伤破裂数据，得出深部开采底板岩层损伤破裂演化过程及破坏规律的步骤包括：煤层采动后，采场底板地应力及支承压力发生变化，底板前后支承压力逐渐增大，且后支承压力的增加幅度较小；底板中的最大主应力和剪应力集中于开切眼和前方煤壁附近，在回采初期、顶板运动前，顶底板具有一致的应力状态；最大主应力向煤体下方传播，传播角在60°‑80°之间；剪应力向煤壁前方的底板中传播，传播角在40°‑60°之间，随开采逐步增加，向深部递减；当岩层应力状态达到强度条件，裂隙就会扩展连通，使底板岩层的失稳被破坏；工作面前方峰值和煤壁之间的距离为8m‑11m，工作面超前支承压力分布范围约为煤壁前方25m；刚开始的时候底板破坏深度随工作面推进距离增加而加大，损伤性底板沿着裂隙向深部破坏，当底板破裂深度达到上限后，破坏深度基本保持不变。