一种双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数的确定方法

文档序号:25992233发布日期:2021-07-23 21:04阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数的确定方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

s1、依据矿井双巷布置系统的采掘工程平面图、钻孔柱状图、巷道及工作面作业规程,概述双巷布置系统煤柱及工作面布置概况,并进一步分析现有煤柱及巷道支护参数的强度特征;

s2、反演双巷布置系统复采扰动下煤柱破坏特征的udec模型构建及其模拟计算流程;

s3、确定巷道开挖方式及其支护结构单元模拟方法,校正岩体参数及其全局模型参数;采用“rockbolt”单元真实地实现锚杆的法向受剪和轴向受拉现象,采用内置的“cable”单元模拟锚索,采用内置“liner”单元模拟顶板和两帮钢筋梯子梁;

s4、评价不同支护强度条件下煤柱及其支护效果:通过损伤量来衡量双巷掘进期间、工作面回采期间和复采扰动期间双巷布置系统的煤柱破坏程度,对比不同回采期间,分析支护强度与煤柱损伤量变化幅度关系,进而评价不同支护强度条件下煤柱及其支护效果;

s5、提出双巷布置系统复采扰动下煤柱及其巷道稳定控制原理,确定双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数。

2.如权利要求1所述的一种双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数的确定方法,其特征在于,步骤s2中,依据双巷布置系统煤柱及工作面布置概况,确定udec模型尺寸,并且对模型中双巷布置系统煤柱和巷道的研究对象区域使用udectrigon逻辑进行三角块体离散化划分;在模型底部的边界条件为垂直方向上固定位移,模型两侧面的边界条件为水平方向上固定位移,同时将初始应力和上边界应力施加在模型上。

3.如权利要求1所述的一种双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数的确定方法,其特征在于,步骤s3中,“rockbolt”单元破断基于用户定义的拉伸破坏应变极限(tfstrain)实现,“rockbolt”单元失效破断判据:εpl≥tfstrain,其中tfstrain需人为设定;εp1为锚杆任意单元总的拉屈服应变,由udec现有的模块公式(1)检测得到:

如果锚杆任意单元总的拉屈服应变超过人为设定的拉伸破坏应变极限(tfstrain)时,该锚杆构件应力和弯矩会瞬间降低为0,认为锚杆在该处发生了破断;是轴向应变;d是轴向直径;θpl是构件平均转角;l是锚杆长度。

4.如权利要求1所述的一种双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数的确定方法,其特征在于,步骤s3中,rqd广泛应用于岩体变形模量的估算,rqd与em/er之间的关系式(2)为:

em/er=100.0186rqd-1.91(2)

式中,em,er分别是岩体和完整岩石的变形模量。

无侧限单轴抗压强度根据em/er的比值(3)确定:

σm/σr=(em/er)n(3)

式中,σm,σr分别是岩体和完整岩石的强度,n是系数,取值为0.63。

5.如权利要求1所述的一种双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数的确定方法,其特征在于,步骤s3中,校正方法为:首先将实验室获得的岩石参数转换为岩体参数,然后通过数值模拟标定获得用于表示岩体特征的接触面和多边形的力学参数,最后将这些参数代入到全局模型中,进行全局模型参数校正匹配双巷布置系统巷道掘进期间和回采期间的现场变形量,当数值计算结果与现场监测结果吻合较好时,说明udec模型中所用岩体力学参数的合理性。

6.如权利要求1所述的一种双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数的确定方法,其特征在于,步骤s3中,采用材料软化法模拟巷道机械开挖;在这种方法中,开挖区域内单元的杨氏模量在几个阶段内退化为零,以模拟逐渐开挖的效果。

7.如权利要求1所述的一种双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数的确定方法,其特征在于,步骤s4中,为了评价双巷布置系统中不同支护强度条件下煤柱及其支护效果,使用fish函数记录煤柱中的裂缝总长度以及掘进、回采、复采期间应力扰动引起的剪切和拉伸裂缝的长度,根据公式(4)的标准,提出损伤量d衡量煤柱的破坏程度:

式中,ltot是裂缝总长度,lshe是剪切裂缝的总长度,lten是拉伸裂缝的总长度。


技术总结
本发明公开了一种双巷布置系统复采扰动下煤柱加固参数的确定方法,包括双巷布置系统巷道及工作面布置概况、现有煤柱及巷道支护参数强度分析、反演双巷布置系统复采扰动下煤柱破坏特征的UDEC模型构建及其模拟计算流程、巷道开挖方式及其支护结构单元的模拟方法确定、岩体参数及其全局模型参数校正、不同支护强度条件下煤柱及其支护效果评价、提出双巷布置系统复采扰动下煤柱及巷道稳定控制原理,基于此,确定了煤柱加固参数,解决了双巷布置系统复采扰动下煤柱失稳诱发巷道大变形的问题,煤柱破坏特征可视化,保证了煤柱的稳定性,提高了矿井采掘接替与生产效率,有利于双巷布置系统的推广与应用。

技术研发人员:刘帅刚;柏建彪;王襄禹;闫帅;王广辉;吴博文;李延辉
受保护的技术使用者:中国矿业大学
技术研发日:2021.05.17
技术公布日:2021.07.23
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