[发明专利]一种基于敏感因子确定遗留煤柱下煤巷合理位置分析方法

摘要

本发明涉及一种基于敏感因子确定遗留煤柱下煤巷合理位置分析方法，包括确定遗留煤柱分布位置，构建遗留煤柱内支承应力分布数学模型，构建底板岩层中集中力传递模型，构建基于巷道围岩弹塑性状态求解模型及分析获得遗留煤柱下近距离煤层巷道合理水平错距等五个步骤。本发明提供的一种确定遗留煤柱下煤巷合理位置的敏感因子法，基于应力集中系数、应力梯度、侧压力系数三个敏感因子对煤巷围岩稳定性协同作用规律，通过遗留煤柱内支承应力对近距离下位煤层三个敏感因子的影响规律，确定最佳的下位煤层巷道水平错距，该水平错距使下位煤巷避开应力集中区的同时，免受不合理应力梯度和侧压力系数的作用。

主权项

一种基于敏感因子确定遗留煤柱下煤巷合理位置分析方法，其特征在于：所述的基于敏感因子确定遗留煤柱下煤巷合理位置的方法包括以下步骤：第一步，确定遗留煤柱分布位置，根据施工目标作业需要，首先将待分析区域内的各遗留煤柱的分布位置、高度、最小直径、最大直径、与水平面夹角、遗留煤柱顶部地层厚度参数，同时为各遗留煤柱编订统一识别编号，并通过制图软件预制待分析区域三维地质结构图,并将检测的各数据一方面标注在图中相应的各遗留煤柱出，另将各数据汇总到统一数据汇总表中备用；第二步，构建遗留煤柱内支承应力分布数学模型，第一步中采集的各数据信息，对遗留煤柱进行弹塑性承载特征分析，分析其内部支承应力的分布形态并根据分析结构构建出遗留煤柱内支承应力分布的数学模型，然后在遗留煤柱内支承应力分布的数学模型的基础上依据边界条件推导出遗留煤柱内支承应力函数，并通过该函数计算出各遗留煤柱相应的函数值；第三步，构建底板岩层中集中力传递模型，对第一步中遗留煤柱内支承应力函数解进行积分求解，获得遗留煤柱中各点的应力状态解析解，将该解析解与原岩应力的比值定义为应力集中系数ζ，然后将垂直应力与水平应力的比值定义为侧压力系数λ，将其对水平错距的偏导定义为应力梯度δ，由此确定遗留煤柱下任一层位的敏感因子分布规律；第四步，构建基于巷道围岩弹塑性状态求解模型，基于第三步获得的敏感因子分布规律，建立敏感因子对围岩塑性破坏的解析分析模型，首先通过该模型对固定侧压力系数λ为1，应力梯度δ为0时，解析确定应力集中系数ζ对围岩塑性区的影响规律；然后通过该模型对固定应力梯度δ为0，分别取应力集中系数ζ为2、5、10时，解析确定侧压力系数λ对围岩塑性区的影响规律；最后通过该模型对固定侧压力系数λ为1，分别取应力集中系数ζ为2、5、10，解析确定应力梯度δ对围岩塑性区的影响规律，并由此可获得三个敏感因子对巷道围岩塑性区的协同作用规律；第五步，分析获得遗留煤柱下近距离煤层巷道合理水平错距，基于第四步获得的敏感因子对巷道围岩塑性区的作用规律，进一步获得使围岩塑性区较小的每个敏感因子的最优解范围，然后在结合第四步获得的遗留煤柱下敏感因子的分布规律，可确定满足每个敏感因子最优解范围的最佳水平错距区间，然后取三个敏感因子对应的最佳水平错距区间的交集，即可确定遗留煤柱下近距离煤层巷道合理水平错距。