[发明专利]一种坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法

摘要

一种坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法，包括：确定基础类因素、核心类因素、强化类因数对矿压显现强度的影响程度及其对应的来压强度等级评定的指数；构建矿压显现强度预测评价模型，确定矿压显现强度评定的强度指数。在坚硬顶板厚煤层开采过程中，用坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法提前预测工作面的来压强度，为坚硬顶板厚煤层工作面开采前顶板管理设计、巷道围岩控制设计、液压支架选型等矿压控制问题提供理论支持；针对其来压强度特征在工作面开采前或开除过程中采取相应的卸压技术措施，对坚硬顶板厚煤层工作面安全高效生产具有十分重要的作用。本发明对于坚硬顶板厚煤层条件下采场来压强度的分级预测具有广泛的实用性。

主权项

1.一种坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：确定基础类因素对矿压显现强度的影响程度及来压强度等级评定的指数A_p1式中：A_p1‑基础类因素对矿压显现强度的影响程度及来压强度等级评定的指数；b_i‑各种基础类因素的实际影响强度指数；b_mi‑各种基础类因素的最大强度指数；对于每一种基础类影响因素和每一种基础类影响因素的强度指数均分为四个等级，由低至高依次为0、1、2、3；其中，0表示对矿压显现强度没有影响，1表示对矿压显现强度影响程度弱，2表示对矿压显现强度影响程度中等，3表示对矿压显现强度影响程度强，表1为基础类因素划分及其影响的矿压显现强度指数分析；表1基础类因素划分及其影响的矿压显现强度指数分析表中σ_g为开采区域内构造应力值，σ为邻近不受构造影响区域的正常应力值；步骤二：确定核心类因素对矿压显现强度的影响程度及来压强度等级评定的指数A_p2式中：A_p2‑核心类因素对矿压显现强度的影响程度及来压强度等级评定的指数；c_j‑各种核心类因素的实际影响指数；c_mj‑各种核心类因素的最大强度指数；对于每一种核心类因素和每一种核心类因素的强度指数均分为四个等级，由低至高依次为0、1、2、3，其中，0表示对矿压显现强度没有影响，1表示对矿压显现强度影响程度弱，2表示对矿压显现强度影响程度中等，3表示对矿压显现强度影响程度强，表2为核心类因素影响划分及其影响的矿压显现强度指数分析；表2核心类因素划分及其影响的矿压显现强度指数分析高位结构曲面刚度K为：式中，E为弹性模量，h_高为远场高位坚硬岩层厚度，v为组成结构岩体的泊松比；高位结构失稳判据：式中，R为远场高位结构的尺度半径，D_max为高位结构失稳时的最大跨度，η为高位结构稳定性系数，I为截面惯性矩，q为荷载，α为岩层非均质系数，当采场基本顶之上覆岩不存在坚硬岩层时，则采场覆岩中不会形成高位结构；当采场基本顶之上覆岩中存在坚硬岩层时，且k_基＞8时，则认为基本顶范围内垮落岩层可以充满采空区，即为存在高位结构但其不失稳情形；若6＜k_基≤8时，则认为基本顶范围内垮落岩层充不满采空区，但其下伏自由空间小的情形，此时，高位结构的稳定性需要用公式(4)来判别；若k_基≤6时，则认为基本顶范围内垮落岩层充不满采空区，采场上覆存在高位结构，且其下伏自由空间大的情形，此时，高位结构的稳定性需要用公式(4)来判别；步骤三：确定强化类因素对矿压显现强度的影响程度及来压强度等级评定的指数A_p3式中：A_p3‑强化类因素对矿压显现强度的影响程度及来压强度等级评定的指数；r_n‑各种强化类因素的实际影响指数；r_mn‑各种强化类因素的最大强度指数；同样，对于每一种强化类因素和每一种强化类因素的强度指数均分为四个等级，由低至高依次为0、1、2、3，其中，0表示对矿压显现强度没有影响，1表示对矿压显现强度影响程度弱，2表示对矿压显现强度影响程度中等，3表示对矿压显现强度影响程度强；表3为强化类因素影响划分及其影响的矿压显现强度指数分析；表3强化类因素划分及其影响的矿压显现强度指数分析其中，表中煤柱宽度B为厚及特厚煤层工作面，且采用留煤柱护巷的方式，其区段煤柱的留设宽度，不包括回采顺槽采用无煤柱护巷、薄及中厚煤层开采的情形；上覆采空区中留设大型煤柱指煤柱尺寸为40m以上的煤柱；上覆采空区覆岩中的厚层坚硬岩层指厚度为20m以上，抗压强度为60MPa以上；步骤四：确定矿压显现强度评定的综合强度指数W_p式中：W_p‑矿压显现强度评定的综合强度指数；ω_pi‑不同类型因素对矿压显现强度影响的权重；ω_pi＝{ω_p1,ω_p2,ω_p3}＝{0.3,0.5,0.2}；工作面矿压显现强度指数W_p值与评估区域的矿压显现等级成正比，根据矿压显现强度评定的强度指数W_p，将矿压显现的强烈程度分为四个强度等级，分别为矿压显现一般、矿压显现较强、矿压显现强烈、矿压显现极强烈，分级标准见表4，表4矿压显现强度等级划分。