【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及礦壓顯現(xiàn)分析，具體為一種堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法。
技術(shù)介紹
1、中國(guó)煤礦的煤層所在的地質(zhì)情況尤為復(fù)雜，近一半以上的礦區(qū)煤層上覆具有難垮落堅(jiān)硬頂板。作為國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)的大部分礦區(qū)都有此類狀況，礦壓顯現(xiàn)是指在采煤過(guò)程中，由于煤層的開采導(dǎo)致周圍巖層發(fā)生變形、位移，進(jìn)而產(chǎn)生的地壓變化。頂板的硬度、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特性以及礦井的開采方式等都會(huì)影響礦壓的顯現(xiàn)情況。堅(jiān)硬頂板發(fā)生位移或破裂時(shí)，這種突然運(yùn)動(dòng)可能會(huì)引起礦壓的急劇變化，危害設(shè)備和人員安全。頂板的運(yùn)動(dòng)會(huì)在采空區(qū)周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)域，可能導(dǎo)致局部坍塌。此外，還可能引起礦井冒頂，礦壓顯現(xiàn)的劇烈變化會(huì)導(dǎo)致工作面等其他區(qū)域瓦斯瞬間大量異常涌出，加大礦井作業(yè)的安全隱患。
2、以往針對(duì)堅(jiān)硬頂板對(duì)礦壓顯現(xiàn)作用的研究主要在于低位單層堅(jiān)硬頂板的破斷失穩(wěn)對(duì)礦壓的影響。但由于近些年煤礦開采的技術(shù)得以有效提升，對(duì)于大采高礦開采的技術(shù)逐步推進(jìn)且成熟，學(xué)者普遍認(rèn)識(shí)到多層堅(jiān)硬頂板的破斷失穩(wěn)同樣會(huì)對(duì)礦壓的顯現(xiàn)產(chǎn)生影響。但現(xiàn)有研究仍未考慮到高位堅(jiān)硬頂板賦存狀態(tài)對(duì)礦壓顯現(xiàn)的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決以上現(xiàn)有研究在針堅(jiān)硬頂板對(duì)礦壓顯現(xiàn)作用的影響中，未考慮到高位堅(jiān)硬頂板賦存狀態(tài)對(duì)礦壓顯現(xiàn)的影響的問(wèn)題，本專利技術(shù)通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，包括以下方法：
2、利用flac3d有限元軟件建立煤層綜放開采的數(shù)值模擬幾何模型，所述幾何模型中巖層均采用相同巖石力學(xué)參數(shù)；
4、基于堅(jiān)硬頂板“o-x”破斷機(jī)理，分析堅(jiān)硬頂板破斷前后采空區(qū)體積的變化，建立周期來(lái)壓期間采空區(qū)瓦斯涌出增加量計(jì)算模型；
5、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)綜放工作面監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證所述周期來(lái)壓期間采空區(qū)瓦斯涌出增加量計(jì)算模型是否準(zhǔn)確。
6、進(jìn)一步的，分析不同高位堅(jiān)硬頂板抗壓強(qiáng)度對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
7、在所述幾何模型的模擬實(shí)驗(yàn)中，控制采高、層位和厚度參數(shù)不變，由低到高依次改變抗壓強(qiáng)度；
8、隨著堅(jiān)硬頂板的抗壓強(qiáng)度的改變，分析垮落帶高度和垮落角的變化，進(jìn)而分析覆巖位移場(chǎng)的變形影響；分析工作面超前支撐應(yīng)力影響范圍的變化；分析工作面超前支撐應(yīng)力峰值均值、峰值影響區(qū)域前移以及應(yīng)力集中區(qū)的變化；
9、分析不同堅(jiān)硬頂板抗壓強(qiáng)度下巖層能量的釋放特征。
10、進(jìn)一步的，分析不同高位堅(jiān)硬頂板層位對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
11、在所述幾何模型的模擬實(shí)驗(yàn)中，控制采高、抗壓強(qiáng)度和厚度參數(shù)不變，由低到高依次改變層位；
12、隨著堅(jiān)硬頂板層位的改變，分析垮落帶高度和垮落角的變化，進(jìn)而分析覆巖位移場(chǎng)的變形影響；分析工作面超前支撐應(yīng)力影響范圍的變化；分析工作面超前支撐應(yīng)力峰值均值、峰值影響區(qū)域前移以及應(yīng)力集中區(qū)的變化；
13、分析不同堅(jiān)硬頂板層位下巖層能量的釋放特征。
14、進(jìn)一步的，分析不同高位堅(jiān)硬頂板厚度對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
15、在所述幾何模型的模擬實(shí)驗(yàn)中，控制采高、層位和抗壓強(qiáng)度參數(shù)不變，依次增加厚度；
16、隨著堅(jiān)硬頂板厚度的改變，分析垮落帶高度和垮落角的變化，進(jìn)而分析覆巖位移場(chǎng)的變形影響；分析工作面超前支撐應(yīng)力影響范圍的變化；分析工作面超前支撐應(yīng)力峰值均值、峰值影響區(qū)域前移以及應(yīng)力集中區(qū)的變化；
17、分析不同堅(jiān)硬頂板厚度下巖層能量的釋放特征。
18、進(jìn)一步的，分析不同高位堅(jiān)硬頂板采高對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
19、在所述幾何模型的模擬實(shí)驗(yàn)中，控制厚度、層位和抗壓強(qiáng)度參數(shù)不變，由低到高改變采高；
20、隨著堅(jiān)硬頂板采高的改變，分析垮落帶高度和垮落角的變化，進(jìn)而分析覆巖位移場(chǎng)的變形影響；分析工作面超前支撐應(yīng)力影響范圍的變化；分析工作面超前支撐應(yīng)力峰值均值、峰值影響區(qū)域前移以及應(yīng)力集中區(qū)的變化；
21、分析不同堅(jiān)硬頂板采高下巖層能量的釋放特征。
22、進(jìn)一步的，基于堅(jiān)硬頂板“o-x”破斷機(jī)理建立所述周期來(lái)壓期間采空區(qū)瓦斯涌出增加量計(jì)算模型，具體為：
23、將堅(jiān)硬頂板破斷后的采空區(qū)形態(tài)簡(jiǎn)化為截面為直角梯形的四棱柱；
24、計(jì)算堅(jiān)硬頂板垮落前后采空區(qū)空間體積的變化，進(jìn)而估算采空區(qū)瓦斯涌出的增加量：
25、
26、其中，q為采空區(qū)瓦斯涌出的增加量，c為采空區(qū)瓦斯平均濃度，δv為堅(jiān)硬頂板垮落前后采空區(qū)空間體積的變化，l1、l2分別為堅(jiān)硬頂板的短邊及長(zhǎng)邊，m1為采煤厚度，m2為放煤厚度，m3為堅(jiān)硬頂板下方軟弱巖層厚度，α為破斷塊體的最終傾斜角度，kp為破斷堅(jiān)硬頂板下方遺煤及矸石的碎脹系數(shù)，t2為周期來(lái)壓持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，γ為漏風(fēng)率。
27、進(jìn)一步的，驗(yàn)證所述周期來(lái)壓期間采空區(qū)瓦斯涌出增加量計(jì)算模型是否準(zhǔn)確，具體為：
28、根據(jù)綜放工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，獲取所述工作面經(jīng)歷若干次周期來(lái)壓，并伴隨采空區(qū)堅(jiān)硬頂板的回轉(zhuǎn)破斷時(shí)，周期來(lái)壓前后工作面瓦斯的涌出量和采空區(qū)瓦斯的涌出量；
29、計(jì)算周期來(lái)壓后采空區(qū)瓦斯涌出的實(shí)際增加量與所述周期來(lái)壓期間采空區(qū)瓦斯涌出增加量計(jì)算模型獲得的瓦斯涌出的理論增加量之間的誤差是否在設(shè)定范圍之內(nèi)。
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
31、該堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，通過(guò)利用flac3d有限元軟件建立煤層綜放開采的數(shù)值模擬幾何模型，并通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)獲取高位堅(jiān)硬頂板抗壓強(qiáng)度、層位、厚度及采高的變化對(duì)大空間采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)影響，從而便于研究高位堅(jiān)硬頂板抗壓強(qiáng)度、層位、厚度及采高對(duì)大空間采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)影響的規(guī)律；利用堅(jiān)硬頂板破斷回轉(zhuǎn)后的采空區(qū)體積的變化，建立周期來(lái)壓期間采空區(qū)瓦斯涌出增加量的計(jì)算模型，以便研究獲取瓦斯涌出的規(guī)律，進(jìn)而量化周期來(lái)壓期間采空區(qū)瓦斯涌出增加量，該方法彌補(bǔ)了現(xiàn)階段考慮高位堅(jiān)硬頂板賦存狀態(tài)對(duì)礦壓顯現(xiàn)的影響和堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)瓦斯涌出研究的不足，可行性強(qiáng)，適用于大空間采場(chǎng)強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)的研究。
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1.一種堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于，包括以下方法：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于：分析不同高位堅(jiān)硬頂板抗壓強(qiáng)度對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于：分析不同高位堅(jiān)硬頂板層位對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于：分析不同高位堅(jiān)硬頂板厚度對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于：分析不同高位堅(jiān)硬頂板采高對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于：基于堅(jiān)硬頂板“O-X”破斷機(jī)理建立所述周期來(lái)壓期間采空區(qū)瓦斯涌出增加量計(jì)算模型，具體為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于：驗(yàn)證所述周期來(lái)壓期間采空區(qū)瓦斯
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于，包括以下方法：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于：分析不同高位堅(jiān)硬頂板抗壓強(qiáng)度對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于：分析不同高位堅(jiān)硬頂板層位對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的影響，具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)對(duì)礦壓及瓦斯涌出規(guī)律影響分析方法，其特征在于：分析不同高位堅(jiān)硬頂板厚度對(duì)采場(chǎng)礦壓顯...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭浩森，龔詩(shī)琳，陳履毅，朱順順，佟佳琦，鄒煜，況永繁，張慧琴，王偉超，畢朝琦，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華東交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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