一种坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法技术

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。本发明专利技术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。

A Classification Prediction Method of Stope Pressure Strength in Thick Coal Seam with Hard Roof

A classified forecasting method for weighting strength of stope in hard roof thick seam includes: determining the influence degree of basic factors, core factors and strengthening factors on rock pressure appearance strength and the corresponding index of weighting strength grade evaluation; constructing the prediction and evaluation model of rock pressure appearance strength, and determining the strength index of rock pressure appearance strength evaluation. In the process of hard roof thick seam mining, the classified prediction method of weighting strength of hard roof thick seam stope is used to predict the weighting strength of working face in advance, which provides theoretical support for such problems as roof management design before hard roof thick seam mining, roadway surrounding rock control design, hydraulic support selection and so on. It is very important for safe and efficient production of hard roof thick coal seam face to adopt corresponding pressure relief technical measures in the process. The method has wide practicability for grading prediction of stope weighting strength under conditions of hard roof and thick coal seam.

【技术实现步骤摘要】
一种坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法
本专利技术涉及煤矿采场矿压控制领域，特别涉及一种坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法。
技术介绍
坚硬顶板工作面矿压的控制是世界性难题之一，若能够用一种方法提前预测工作面的来压强度，针对其来压强度特征在工作面开采前进行相应的卸压技术措施，对保障工作面安全生产、特别是坚硬顶板厚煤层工作面的安全生产十分重要。影响矿压显现的因素众多，根据其对矿压显现控制作用的机制可以分为基础类、核心类和强化类三类因素。基础类因素主要包括：采高、工作面长度、基本顶赋存特征、煤层埋藏深度、原岩应力等；核心类因素主要包括：远场高位结构的层位、结构刚度、结构稳定性等；强化类因素指工作面四邻及邻近煤层的开采特征，指标主要分解为：区段煤柱宽度、邻近工作面的开采时间、邻近层的层间距、邻近层特别是上覆邻近层开采后采空区覆岩结构特征等。当其中的因素比较突出或多项比较突出因素同时存在时，这些因素对矿压显现的强度起主要作用，这虽然在一定程度上解决了一部分矿压现象，但是由于坚硬顶板具有整体性强、强度高、采后不易冒落、断块大、冒落具有强烈冲击性、大面积悬顶将使工作面、四周煤体及巷道形成高应力集，产生强烈矿压显现现象。尤其是坚硬顶板厚煤层条件下开采，工作面矿压显现强度更大，矿压影响范围广，矿压显现现场更为复杂等矿压显现现象。到目前为止，还没有一套系统的针对坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法能够在坚硬顶板厚煤层工作面开采之前进行工作面来压强度预测，制约着坚硬顶板厚煤层工作面安全高效开采。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术目的在于提供了一种坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法，本专利技术采用的技术方案包括如下步骤：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Ap1式中：Ap1-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；bi-各种基础类因素的实际影响强度指数；bmi-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σg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Ap2式中：Ap2-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；cj-各种核心类因素的实际影响指数；cmj-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，Dmax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Ap3式中：Ap3-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；rn-各种强化类因素的实际影响指数；rmn-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Wp式中：Wp-矿压显现强度评定的综合强度指数；ωpi-不同类型因素对矿压显现强度影响的权重；ωpi＝{ωp1,ωp2,ωp3}＝{0.3,0.5,0.2}。工作面矿压显现强度指数Wp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Wp，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相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法，该方法中涉及的各项数据，均可以在工作面开采设计之前和开采中，根据地质资料、开采技术资料、矿压显现监测资料等方式实现，本专利技术能够为坚硬顶板厚煤层工作面来压强度预测提供理论分析方法，可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，对工作面开采过程中如何采取矿压防治措施提供理论与数据依据，为坚硬顶板厚煤层工作面矿压灾害防治技术选择提供理论依据，本专利技术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。附图说明图1为本专利技术具体实施方式采用坚硬顶板厚煤层工作面来压强度预测指标体系及分类图。具体实施方式下面结合具体实施案例对本专利技术做进一步的详细说明。来压强度预测预报是矿压灾害防治的重要组成部分，为了深入研究矿压显现发生的核心因素及不同因素对矿压显现的贡献，将影响矿压显现的因素归纳为三大类，即基础类因素、核心类因素、强化类因素，并建立了坚硬顶板厚煤层工作面来压强度预测指标体系，如图1所示，由图可知核心类因素是采场矿压显现强烈的关键因素。一种坚硬顶板厚煤层采场来压强度分级预测方法，具体为一种坚硬顶板厚煤层条件下，采场来压强度分级预测的分析方法，为坚硬顶板厚煤层工作面开采矿压分级及防治提供新的技术支持。以大同矿区同忻煤矿开采的石炭系3-5#煤层8105工作面为例，进行工作面来压强度预测分析，大同矿区赋存有侏罗系、石炭系双系煤层，双系煤层上覆岩层中赋存有多层坚硬顶板，是国内外最具典型的坚硬顶板矿区。其具体包括以下步骤：同本文档来自技高网...

【技术保护点】
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Ap1

【技术特征摘要】
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Ap1式中：Ap1-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；bi-各种基础类因素的实际影响强度指数；bmi-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σg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Ap2式中：Ap2-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；cj-各种核心类因素的实际影响指数；cmj-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，Dmax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＞...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺爱萍，霍丙杰，朱志洁，韩军，荆雪冬，段志华，解振华，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21