【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及煤礦巷道圍巖加固，尤其涉及一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法。
技術介紹
1、煤炭作為我國的主體能源和重要的化工原料，作為我國能源生產和消耗的基礎，煤炭資源的開采離不開巷道的服務，井下巷道作為煤礦生產系統的通道，其穩定性和維護質量直接影響到礦井能否實現安全高效生產；西部地區將是今后中國煤炭工業生產的重點區域，西北部地區的地質條件主要呈現出如下特點：表土層多為沉積砂層；基巖層多為泥巖層、砂層、泥砂巖互層的巖體。小煤柱沿空巷道受回采擾動影響，其圍巖變形是困擾我國乃至世界上煤礦生產建設的主要難題之一，給煤炭開采裝備、技術等提出了更高的要求；小煤柱沿空巷道常常會因為小煤柱松散失穩而出現圍巖大變形、頂板冒落，底板鼓起與片幫等工程災害，直接影響煤炭安全高效開采；且殘留小煤柱一般不能回收，極大的浪費了煤炭資源，在殘留小煤柱的高引力區挖掘巷道，容易引發沖擊地壓事故，以及煤層瓦斯突出和瓦斯爆炸事故，同時預留護巷小煤柱受力破壞過程中造成的采空區透風，還容易引發瓦斯和火災等事故。
2、現有技術中在留巷時一般提前對原巷道頂板采用錨、網、索、噴聯合支護，但針對西部礦區的復雜條件，復合頂板巖層組合復雜，支護措施不當容易發生離層或頂板冒落，且站在開采中不同巖層的變形不一致，容易導致巷道變形，傳統的支護方法在符合頂板的條件下難以滿足巷道穩定性的要求，且圍巖整體強度較低，受采掘擾動大，相鄰工作面回采覆巖垮落空間結構形態復雜等，上述問題均對巷道的安全和穩定構成了嚴重威脅。
3、本專利技術提出了一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，包括如下步驟：
4、步驟s1：依據基本頂巖塊間的斷裂線位置劃分四種斷裂結構形式，對應建立四種小煤柱沿空巷道直接頂力學模型；
5、步驟s2：根據四種力學模型，分別通過直接頂靜力學平衡條件計算直接頂剪力、直接頂彎矩以及直接頂撓度的關聯性；
6、步驟s3：采用鉆孔光學攝像法和頂板離層監測法對小煤柱沿空巷道圍巖進行監測，獲取沿空巷道環境參數，判斷小煤柱沿空巷道所屬力學模型種類，并計算巖塊和煤壁的支撐載荷；
7、步驟s4：將沿空巷道環境參數以及煤壁、煤柱施加于直接頂的載荷輸入對應力學模型，計算直接頂撓度最大值與小煤柱支撐荷載之間的數學關系；
8、步驟s5：獲取多組沿空巷道頂板初始完整巖樣和小煤柱側巷幫初始完整煤樣，制作注漿加固材料固結試樣，進行一次加載試驗并獲取其相應的力學性能及相關參數；采用正交試驗方法針對破壞后注漿耦合加固試驗體的二次加載試驗；
9、步驟s6：獲取試驗結果，得到最優小煤柱注漿加固方案中的注漿加固材料、注漿加固材料固結時間以及注漿加固材料注入率；
10、步驟s7：采用flac3d對應沿空巷道小煤柱注漿加固數值模型，計算模擬無注漿時沿空巷道巷道圍巖變形數據并統計；
11、步驟s8：采用模擬退火算法獲取最優注漿布設方案，得到注漿孔位置以及確定注漿孔間排距，計算模擬注漿加固后沿空巷道巷道圍巖變形數據并統計；
12、步驟s9：分析注漿前后沿空巷道以及小煤柱的應力、應變與塑性區發展演化特征，確定最優注漿加固方案。
13、優選地，所述四種力學模型依據基本頂斷裂線位置、巷道與實體煤壁之間的相對位置建立，四種力學模型包括基本頂斷裂線位于實體煤壁內側，基本頂斷裂線位于巷道上方，基本頂斷裂線位于小煤柱上方或外側和基本頂不構成結構。
14、優選地，所述環境參數包括直接頂懸頂長度、直接頂厚度、直接頂彈性模量e、沿空巷道埋深、沿空巷道寬度和小煤柱長度以及煤壁長度。
15、優選地，所述采用正交試驗方法針對破壞后注漿耦合加固試驗體的二次加載試驗，包括如下步驟：確定注漿加固材料、固結時間、注漿量三個關鍵因素，為選取的關鍵因素的相關參數。
16、優選地，所述步驟s5包括如下步驟：
17、制作多組注漿加固材料固結試樣，根據小煤柱支撐載荷情況分別對多組沿空巷道頂板初始完整巖樣和小煤柱側巷幫初始完整煤樣、注漿加固材料固結試樣進行多次一次加載試驗；針對每組單軸壓縮后的破碎巖樣和破壞煤樣，采用相應注漿加固材料進行不同固結時間的耦合，獲取一次加載后峰后破碎巖樣耦合注漿加固試驗體和峰后破碎煤樣耦合注漿加固試驗體，按照正交試驗表調整相關參數，分別進行二次加載試驗。
18、優選地，所述正交試驗安排為9次試驗，包括三個因素和每個因素的四個參數，生成的正交試驗表共有9行3列，每一行為一次試驗，每一列為不同因素，每個試驗取各因素的不同參數。
19、優選地，所述步驟s8，包括如下步驟：
20、步驟s81：選取注漿間排距布設參數作為設計變量，設定目標函數值為上區段工作面開采后的總變形，，隨機獲取一個注漿間排距布設參數為初始解t0，并模擬獲取初始目標函數f(t0)；
21、步驟s82：在當前注漿間排距布設參數tk鄰域生成一個新注漿間排距布設參數tk+1；
22、步驟s83：對新注漿間排距布設參數tk+1進行注漿加固效果評估，計算新目標函數值f(tk+1)；
23、步驟s84：根據metropolis準則接受新注漿間排距布設參數tk+1；
24、步驟s85：按照指數降溫策略，即tk+2＝α*tk+1的的順序降低，其中，α是降溫系數，且0<α<1，k為迭代次數，且k>1；
25、步驟s86：重復步驟s82至步驟s85，直至k達到設定迭代次數。
26、優選地，所述步驟s83包括以下步驟：
27、將獲取的最優注漿加固材料及其相應的最優固結時間以及注漿注入率，將獲取的新注漿間排距布設參數輸入建立的注漿加固數值模型中，獲取注漿后沿空巷道巷道圍巖變形數據統計，不改變其他參數，與獲取的注漿前沿空巷道巷道圍巖變形數據統計進行注漿前后沿空巷道強度對比，以評估沿空巷道強度恢復效果。
28、優選地，所述設定概率p＝exp(-δf/tk)，當前注漿間排距布設參數目標函數值為f(tk)，δf為新注漿間排距布設參數f(tk+1)與當前注漿間排距布設參數的目標函數值f(tk)之差。
29、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
30、本專利技術提供的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，分析并建立小煤柱沿空巷道直接頂力學模型，研究小煤柱沿空巷道圍巖失穩變形的內在因素，并采用flac3d建立沿空巷道小煤柱注漿加固數值模型，基于巖樣、煤樣以及注漿加固材料及其破碎本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述四種力學模型依據基本頂斷裂線位置、巷道與實體煤壁之間的相對位置建立，四種力學模型包括基本頂斷裂線位于實體煤壁內側，基本頂斷裂線位于巷道上方，基本頂斷裂線位于小煤柱上方或外側和基本頂不構成結構。
3.根據權利要求1所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述環境參數包括直接頂懸頂長度、直接頂厚度、直接頂彈性模量E、沿空巷道埋深、沿空巷道寬度和小煤柱長度以及煤壁長度。
4.根據權利要求1所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述采用正交試驗方法針對破壞后注漿耦合加固試驗體的二次加載試驗，包括如下步驟：確定注漿加固材料、固結時間、注漿量三個關鍵因素，為選取的關鍵因素的相關參數。
5.根據權利要求4所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述步驟S5包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在
7.根據權利要求1所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述步驟S8，包括如下步驟：
8.根據權利要求1所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述步驟S83包括以下步驟：
9.根據權利要求7所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述設定概率P＝exp(-Δf/Tk)，當前注漿間排距布設參數目標函數值為F(Tk)，Δf為新注漿間排距布設參數F(Tk+1)與當前注漿間排距布設參數的目標函數值F(Tk)之差。
...【技術特征摘要】
1.一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述四種力學模型依據基本頂斷裂線位置、巷道與實體煤壁之間的相對位置建立，四種力學模型包括基本頂斷裂線位于實體煤壁內側，基本頂斷裂線位于巷道上方，基本頂斷裂線位于小煤柱上方或外側和基本頂不構成結構。
3.根據權利要求1所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述環境參數包括直接頂懸頂長度、直接頂厚度、直接頂彈性模量e、沿空巷道埋深、沿空巷道寬度和小煤柱長度以及煤壁長度。
4.根據權利要求1所述的一種小煤柱沿空巷道圍巖穩定性控制方法，其特征在于：所述采用正交試驗方法針對破壞后注漿耦合加固試驗體的二次加載試驗，包括如下步驟：確定注漿加固材料、固結時間、注漿量三個關鍵因素，為選取的關鍵因素的相關參數。
5.根據權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：席迅，張雷銘，張彬，高玉兵，潘繼良，單鵬飛，張英，王亞軍，宋正陽，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：發明
國別省市：
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