一種基于地應(yīng)力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法，適用于煤礦井下。根據(jù)采場圍巖內(nèi)最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力與垂直應(yīng)力，將地應(yīng)力場劃分為六種基本類型；進而將各類型地應(yīng)力場分別細劃為多組子應(yīng)力場，建立數(shù)值計算模型，對模型進行均一化處理；確定各模型中巷道開挖后其頂板、左幫、右?guī)图暗装鍍?nèi)塑性區(qū)發(fā)育范圍與表面最大位移量，得到各類型地應(yīng)力場中巷道合理布置方位，繼而通過地應(yīng)力測試手段確定井下巷道擬布置區(qū)域的具體地應(yīng)力場類型后，即可準確判別巷道的合理布置方位。有效削減水平應(yīng)力對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，提高巷道支護效率，同時還可判定同一類型地應(yīng)力場中隨側(cè)壓系數(shù)的變化巷道圍巖穩(wěn)定性的變化趨勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種井下巷道合理布置方位的方法，尤其適用于煤炭開采使用的一種基于地應(yīng)力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法。

背景技術(shù)

地應(yīng)力是影響井下巷道圍巖穩(wěn)定性的重要因素。深部開采已成為煤炭資源開采的新態(tài)勢，隨著礦井開采深度不斷增加，地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，地應(yīng)力對巷道圍巖變形破壞的影響更加突出。目前，針對井下巷道的合理布置方位的理論中以最大水平應(yīng)力理論的應(yīng)用最為廣泛，但該理論是以最大水平主應(yīng)力是第一主應(yīng)力為背景提出的：(1)巷道軸向與最大水平主應(yīng)力平行時，圍巖受主應(yīng)力影響最小，最有利于巷道維護；(2)巷道軸向與最大水平主應(yīng)力垂直時，受主應(yīng)力影響最大，對巷道頂?shù)装宸€(wěn)定最為不利；(3)巷道軸向與最大水平主應(yīng)力斜交時，頂?shù)装遄冃纹茐膶⑵蛳锏滥骋粋?cè)。

有學(xué)者基于圍巖法向應(yīng)力均衡與最大切應(yīng)力理論，認為巷道合理布置方式與其所處地應(yīng)力場的類型密切相關(guān)，提出在垂直應(yīng)力為第一主應(yīng)力的前提下，巷道垂直最大水平主應(yīng)力方向布置最利于圍巖穩(wěn)定；最大水平主應(yīng)力與最大水平主應(yīng)力分別為第一、二主應(yīng)力時，巷道平行與最大水平主應(yīng)力方向布置最佳；而當(dāng)垂直應(yīng)力為第二主應(yīng)力的條件下，給出了巷道最優(yōu)布置角度α₀的計算公式，即式(1)，認為巷道最優(yōu)布置角度居于0°～90°之間。也有學(xué)者采用數(shù)值模擬方法研究了側(cè)壓系數(shù)、巷道軸向與最大水平主應(yīng)力夾角α對圍巖最大變形量的影響，認為在自重應(yīng)力場中巷道平行或垂直最大水平主應(yīng)力布置時圍巖最為穩(wěn)定，對于構(gòu)造應(yīng)力場，當(dāng)側(cè)壓系數(shù)相等時，巷道軸向與最大水平主應(yīng)力的最優(yōu)夾角為0°、45°、90°，側(cè)壓系數(shù)不等時，最優(yōu)夾角為0°。

綜上，針對不同類型地應(yīng)力場中巷道合理布置方位的研究雖然較多，但有關(guān)最大水平應(yīng)力理論在自重應(yīng)力場是否適用、構(gòu)造應(yīng)力場中巷道軸向與最大水平主應(yīng)力的最優(yōu)夾角如何確定、自重應(yīng)力場中巷道垂直最大水平主應(yīng)力布置是否有利于圍巖穩(wěn)定等問題尚未形成統(tǒng)一結(jié)論，揭示基于地應(yīng)力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法，對井下巷道圍巖穩(wěn)定性控制、提高巷道支護效率具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)的不足之處，提供一種精度高，使用便捷的基于地應(yīng)力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種基于地應(yīng)力場類型確定井下巷道合理布置方位的方法，其特征在于：