堅硬頂板特厚煤層開采強礦壓預測預控方法技術

本發(fā)明專利技術涉及煤礦開采礦壓預測預控方法，具體為堅硬頂板特厚煤層開采強礦壓預測預控方法，解決目前缺乏堅硬頂板特厚煤層開采強礦壓預測預控方法的問題，步驟為：一、建立函數(shù)關系式：

Prediction and pre control method of strong rock pressure for mining with hard roof and extra thick coal seam

The present invention relates to a method of coal mining ore control pressure prediction, the hard roof in thick coal seam mining strong mine pressure prediction and control method, to solve the lack of hard roof in thick coal seam mining strong mine pressure prediction and control method, which comprises the following steps: first, the establishment of the function relationship:

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
堅硬頂板特厚煤層開采強礦壓預測預控方法
本專利技術涉及煤礦開采礦壓預測預控方法，具體為堅硬頂板特厚煤層開采強礦壓預測預控方法。
技術介紹
煤層地下開采后，勢必會引發(fā)上覆巖層的破斷失穩(wěn)運動，從而一定程度造成工作面的礦壓顯現(xiàn)。對于薄及中厚煤層開采，因工作面開采厚度不大，采出空間小，覆巖運移垮落失穩(wěn)范圍較小，工作面礦壓顯現(xiàn)程度不強。而我國特厚煤層儲量豐富，是我國井下礦井高產(chǎn)高效的主體煤層，目前對于特厚煤層的開采大多均采用大采高一次采全厚開采，這就造成特厚煤層開采后，采出空間大，覆巖運移范圍廣，上覆巖層破斷、失穩(wěn)、應力分布復雜，尤其在覆巖為堅硬頂板條件下，因堅硬頂板的破斷步距大，破斷規(guī)律更為復雜，從而加劇了堅硬頂板特厚煤層開采條件下工作面的礦壓顯現(xiàn)程度，對采場強礦壓和巖層控制帶來了一定的挑戰(zhàn)。同時，因地下多煤層賦存現(xiàn)象比較普遍，當上煤層開采后在采空區(qū)賦存有遺留煤柱時，因遺留煤柱處產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象，也會加劇下賦煤層開采工作面的礦壓顯現(xiàn)程度。由此導致的工作面支架壓死、巷道破壞等礦壓顯現(xiàn)強烈，尤其當工作面上賦有采空區(qū)遺留煤柱時，工作面礦壓顯現(xiàn)極為劇烈，嚴重影響工作面的安全生產(chǎn)。工作面的強礦壓顯現(xiàn)機理及特征與沖擊地壓有著本質區(qū)別，其核心是開采擾動、巖層破斷失穩(wěn)所致。由于目前缺乏礦壓預測的方法，因此井下堅硬頂板特厚煤層開采時工作面和巷道的支護具有一定的盲目性。若采用低等級的支護，則會導致井下開采安全系數(shù)降低；若一律采用高等級的安全支護，則會導致生產(chǎn)成本大幅提高，且影響生產(chǎn)進度。由此可見，研究一種能夠在堅硬頂板特厚煤層開采強礦壓顯現(xiàn)之前進行預測，從而指導生產(chǎn)時工作面控制措施隨著生產(chǎn)進度做出相應調整，合理安排支護等級，保證工作面安全高效生產(chǎn)的堅硬頂板特厚煤層開采強礦壓預測預控方法是十分有必要的。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術解決目前缺乏堅硬頂板特厚煤層開采強礦壓預測預控方法的問題，提供一種堅硬頂板特厚煤層開采強礦壓預測預控方法。本專利技術是通過以下操作步驟實現(xiàn)的：堅硬頂板特厚煤層開采礦壓預測預控方法，包括以下操作步驟：一、運用FLAC模擬軟件建立數(shù)值模擬模型，并基于模型計算結果擬合得到工作面處圍巖應力σ分別與工作面長度L、工作面煤層采厚M、工作面上覆最厚堅硬巖層厚度D、工作面上覆最厚堅硬巖層距工作面距離H、上覆遺留煤柱寬度Lp、上覆遺留煤柱距工作面距離Hp的函數(shù)關系式f(L)、f(M)、f(D)、f(H)、f(Lp)、f(Hp)；二、基于步驟一所得的工作面處圍巖應力σ的函數(shù)關系式σ=f(L)、σ=f(M)、σ=f(D)、σ=f(H)、σ=f(Lp)、σ=f(Hp)，運用SPSS模擬軟件建立工作面處圍巖應力σ與L、M、D、H、Lp、Hp相關的回歸模型:σ=a*f(L)+b*f(M)+c*f(D)+e*f(H)+g*f(Lp)+h*f(Hp)+k，式中a、b、c、e、g、h、k均為常數(shù)；三、利用SPSS模擬軟件，將步驟一中的數(shù)值模擬模型的計算結果代入步驟二的回歸模型中進行計算，得到a、b、c、e、g、h、k的值，從而確定工作面處圍巖應力σ與L、M、D、H、Lp、Hp的回歸模型表達式；四、任取一個堅硬頂板特厚煤層開采工作面，確定工作面長度L、工作面煤層采厚M、工作面上覆最厚堅硬巖層厚度D、工作面上覆最厚堅硬巖層距工作面距離H、上覆遺留煤柱寬度Lp、上覆遺留煤柱距工作面距離Hp，代入回歸模型中計算得到工作面處圍巖應力σ；若工作面上覆不存在遺留煤柱，則回歸模型中g、h取值為0；五、將計算得到的工作面處圍巖應力σ與工作面處原始應力σ0進行對比，當σ=（1~1.5）σ0，則礦壓顯現(xiàn)等級為一般，當σ=（1.5~2.0）σ0，則礦壓顯現(xiàn)等級為較強烈，當σ=（2.0~3.0）σ0，則礦壓顯現(xiàn)等級為強烈，當σ≥3.0σ0，則礦壓顯現(xiàn)等級為極強烈；六、預測礦壓顯現(xiàn)等級為一般時，在巷道范圍內通過采用液壓單體支柱支護、錨桿錨索支護等常規(guī)方法對圍巖進行支護，預測礦壓顯現(xiàn)等級為較強烈時，在巷道范圍內布置高強度和密度的液壓單體支柱、錨桿錨索進行加強支護，預測礦壓顯現(xiàn)等級為強烈時，通過井下采用水力壓裂的方法對煤層上覆低位堅硬巖層進行壓裂弱化，同時在巷道范圍內布置高強度和密度的液壓單體支柱、錨桿錨索進行加強支護，預測礦壓顯現(xiàn)等級為極強烈時，通過在井下采用水力壓裂的方法對煤層上覆低位堅硬巖層進行壓裂弱化，同時在井上地面采用地面水力壓裂對高位堅硬巖層進行壓裂弱化，并在巷道范圍內布置高強度和密度的液壓單體支柱、錨桿錨索進行加強支護；當覆巖中因賦存遺留煤柱而造成工作面礦壓顯現(xiàn)強烈或極強烈時，同時采用水壓致裂的方式對遺留煤柱上下堅硬巖層進行壓裂。在運用FLAC模擬軟件計算分析并擬合得到工作面處圍巖應力σ分別與工作面長度L、工作面煤層采厚M、工作面上覆最厚堅硬巖層厚度D、工作面上覆最厚堅硬巖層距工作面距離H、上覆遺留煤柱寬度Lp、上覆遺留煤柱距工作面距離Hp的函數(shù)關系式f(L)、f(M)、f(D)、f(H)、f(Lp)、f(Hp)時，分別設定L、M、D、H、Lp、Hp為變量，其余參數(shù)為常量，且每次設定一個變量，變量的取值個數(shù)不少于4個。本專利技術具有以下優(yōu)點：1、涵蓋了堅硬頂板特厚煤層開采條件下影響工作面強礦壓顯現(xiàn)的主要因素，保證了預測模型的全面性；2、首先基于數(shù)值模型計算數(shù)據(jù)擬合得到各影響因素與工作面圍巖應力的函數(shù)關系式，而后基于函數(shù)關系式建立回歸模型，可有效的提高回歸模型的回歸系數(shù)，保證預測模型的準確性；3、所建立的數(shù)值模擬模型可根據(jù)待預測工作面的地質條件的變化而變化，保證了預測模型的靈活性和實用性；4、根據(jù)強礦壓顯現(xiàn)等級預測結果，預先采用巷道圍巖加強支護、上覆堅硬巖層弱化等預控強礦壓發(fā)生的措施，有利于保證工作面的安全高效開采，應用前景廣闊。附圖說明圖1為本專利技術操作流程示意圖。具體實施方式堅硬頂板特厚煤層開采礦壓預測預控方法，包括以下操作步驟：一、1）、運用FLAC模擬軟件建立四個數(shù)值模擬模型，取工作面長度L分別為L1、L2、L3、L4，固定工作面采厚為M3、工作面上覆最厚堅硬巖層厚度為D3、工作面上覆最厚堅硬巖層距工作面距離為H3、上覆遺留煤柱寬度為Lp3、上覆遺留煤柱距工作面距離為Hp3，模擬計算得到不同工作面長度時工作面處圍巖應力σ，基于模擬數(shù)據(jù)擬合得到工作面處圍巖應力σ與工作面長度L的關系式：σ=f(L)；2）、運用FLAC模擬軟件建立4個數(shù)值模擬模型，取工作面煤層采厚M分別為M1、M2、M3、M4，固定工作面長度為L3、工作面上覆最厚堅硬巖層厚度為D3、工作面上覆最厚堅硬巖層距工作面距離為H3、上覆遺留煤柱寬度為Lp3、上覆遺留煤柱距工作面距離為Hp3，模擬計算得到不同工作面煤層采厚時工作面處圍巖應力σ，基于模擬數(shù)據(jù)擬合得到工作面處圍巖應力σ與工作面煤層采厚M的關系式：σ=f(M)；3）、運用FLAC模擬軟件建立4個數(shù)值模擬模型，取工作面上覆最厚堅硬巖層厚度D分別為D1、D2、D3、D4，固定工作面長度為L3、工作面采厚為M3、工作面上覆最厚堅硬巖層距工作面距離為H3、上覆遺留煤柱寬度為Lp3、上覆遺留煤柱距工作面距離為Hp3，模擬計算得到不同工作面上覆最厚堅硬巖層厚度時工作面處圍巖應力σ，基于模擬數(shù)據(jù)擬合得到工作面處圍巖應力σ與工作面上覆最厚堅硬巖層厚度D的關系式：本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種堅硬頂板特厚煤層開采礦壓預測預控方法，其特征在于：包括以下操作步驟：一、運用FLAC模擬軟件建立數(shù)值模擬模型，并基于模型計算結果擬合得到工作面處圍巖應力

【技術特征摘要】
1.一種堅硬頂板特厚煤層開采礦壓預測預控方法，其特征在于：包括以下操作步驟：一、運用FLAC模擬軟件建立數(shù)值模擬模型，并基于模型計算結果擬合得到工作面處圍巖應力σ分別與工作面長度L、工作面煤層采厚M、工作面上覆最厚堅硬巖層厚度D、工作面上覆最厚堅硬巖層距工作面距離H、上覆遺留煤柱寬度Lp、上覆遺留煤柱距工作面距離Hp的函數(shù)關系式f(L)、f(M)、f(D)、f(H)、f(Lp)、f(Hp)；二、基于步驟一所得的工作面處圍巖應力σ的函數(shù)關系式σ=f(L)、σ=f(M)、σ=f(D)、σ=f(H)、σ=f(Lp)、σ=f(Hp)，運用SPSS模擬軟件建立工作面處圍巖應力σ與L、M、D、H、Lp、Hp相關的回歸模型:σ=a*f(L)+b*f(M)+c*f(D)+e*f(H)+g*f(Lp)+h*f(Hp)+k，式中a、b、c、e、g、h、k均為常數(shù)；三、利用SPSS模擬軟件，將步驟一中的數(shù)值模擬模型的計算結果代入步驟二的回歸模型中進行計算，得到a、b、c、e、g、h、k的值，從而確定工作面處圍巖應力σ與L、M、D、H、Lp、Hp的回歸模型表達式；四、任取一個堅硬頂板特厚煤層開采工作面，確定工作面長度L、工作面煤層采厚M、工作面上覆最厚堅硬巖層厚度D、工作面上覆最厚堅硬巖層距工作面距離H、上覆遺留煤柱寬度Lp、上覆遺留煤柱距工作面距離Hp，代入回歸模型中計算得到工作面處圍巖應力σ；若工作面上覆不存在遺留煤柱，則回歸模型中g、h取值為0；五、將計算得到的工作面處圍巖...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：于斌，高瑞，
申請(專利權)人：大同煤礦集團有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：山西,14