[發明專利]一種綜合預測煤層巷道冒頂高度及隱患分級的方法有效
| 申請號: | 201811285772.9 | 申請日: | 2018-10-31 |
| 公開(公告)號: | CN109446659B | 公開(公告)日: | 2023-04-07 |
| 發明(設計)人: | 馮吉成;趙志強;石建軍;高旭;馬海燕 | 申請(專利權)人: | 華北科技學院;中國礦業大學(北京) |
| 主分類號: | G06F30/20 | 分類號: | G06F30/20;G06F30/13;G06F119/14 |
| 代理公司: | 北京邦創至誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11717 | 代理人: | 張希宇 |
| 地址: | 065201 河北省廊*** | 國省代碼: | 河北;13 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 綜合 預測 煤層 巷道 冒頂 高度 隱患 分級 方法 | ||
1.一種綜合預測煤層巷道冒頂高度和隱患分級的方法,其特征在于,包括:
步驟一,將巷道冒頂類型i分為四種:裂隙圍巖體巷道頂板局部塊體冒頂、蝶形塑性區碎裂圍巖體巷道頂板冒頂、弱粘結層狀圍巖體巷道復合頂板冒頂和松散圍巖體巷道頂板冒頂;
步驟二,針對每種冒頂類型建立數學模型,分別計算在礦井頂板上第k個坐標點的上述四種冒頂類型的冒頂高度隱患值Hi;
所述裂隙圍巖體巷道頂板局部塊體冒頂高度隱患值H1,按如下方式獲得:建立了裂隙圍巖體巷道頂板關鍵塊體墜落力學模型,獲得了巷道頂板六面體巖塊臨界穩定高度與巖體環境間的定量關系式,即:
其中,塊體臨空面長度l、摩擦角測壓系數λ;
所述蝶形塑性區碎裂圍巖體巷道頂板冒頂高度隱患值H2,按如下方式獲得:
非等壓狀態下圓形巷道塑性區邊界的隱函數表達式:
根據巷道埋深H、圍巖容重γ、雙向壓力比值λ、圍巖內聚力C和內摩擦角利用上述公式獲得巷道圍巖不同θ時的塑性區徑向深度r,進而根據公式:
獲得蝶葉型冒頂隱患高度H2;
所述弱粘結層狀圍巖體巷道復合頂板冒頂高度隱患值H3,按如下方式獲得:
首先根據頂板巖層分層厚度hn,分層載荷qx,分層強度σtx,采動影響系數fc,埋深影響系數fm,地應力異常影響系數fd,巖層完整性影響系數fw,從下至上判定巖層的穩定性,直至遇到穩定巖層,其判別依據及準則為:
該巖層的極限跨距[L]小于巷道的實際跨度L時,則該巖層失穩垮落;該巖層的極限跨距[L]大于巷道的實際跨度L時,且根據形成過梁結構的長短細分為兩種形式:形式一,若形成的過梁結構趨于固支梁時,該巖層穩定;形式二,若形成的過梁結構介于固支梁和簡支梁之間時,判斷該巖層是否滿足鉸接巖塊結構的滑落失穩條件和鉸接巖塊結構的變形失穩條件,滿足任一失穩條件則該巖層失穩垮落,反之該巖層穩定;
層狀巖梁極限跨距的失穩公式:
鉸接巖塊結構的滑落失穩公式:
鉸接巖塊結構的變形失穩公式:
由此得到,獲得H3;
所述松散圍巖體巷道頂板冒頂高度隱患值H4,按如下公式獲得:
其中,巷道半徑α,巷道高度H,圍巖內摩擦角普氏系數f頂;
步驟三,根據每種冒頂發生的經驗概率,獲得每種冒頂發生概率的加權平均系數,根據所述四種冒頂類型的冒頂高度隱患值Hi和每種冒頂發生概率的加權平均系數,獲得冒頂高度的綜合預測值Hk;
其中,i=1,2,3,4;k=1,2,……,n。
2.如權利要求1所述的方法,其特征在于,hk(i)為礦井第k個坐標點第i種類型巷道冒頂高度隱患值;
wk(i)為礦井第k個坐標點第i種巷道冒頂類型對應的加權平均系數;
Hk為礦井第k個坐標點的巷道冒頂高度綜合預測值;
其中,i=1,2,3,4;k=1,2,…,n。
3.如權利要求1所述的方法,其特征在于,根據各個坐標點的冒頂高度來確定其冒頂級別,從而將巷道頂板劃分為具有不同冒頂級別的區域。
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