一种矿井防隔水煤（岩）柱稳定性判别方法与流程

本发明涉及一种矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法，属于煤矿安全开采。

背景技术：

1、随着煤炭资源开采深度的不断增加，涉及的地质条件和地质环境愈加复杂。煤矿防隔水煤(岩)柱留设工作是煤矿防治水工作的重要措施和手段。《煤矿防治水细则》中明确了各类防隔水煤(岩)柱留设的方法。煤矿重大事故隐患判定标准第九条明确了以往采掘工程留设的煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性判别是矿井防治水工作主要内容之一，对矿井安全高效生产具有极其重要的意义。

2、目前，煤矿防隔水煤(岩)柱留设工作主要根据《煤矿防治水细则》和《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤(岩)柱留设与压煤开采规范》中的要求展开。但是对于煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性评价的方法及相关技术却相对较少。当前主要通过理论分析计算、数值模拟以及现场实测等方法对煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性进行分析和评价，其主要存在以下技术难题：

3、①通过理论分析计算对煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性进行分析和评价，仅仅考虑煤岩柱破坏程度，未考虑地下水对防隔水煤(岩)柱稳定性的影响，存在一定的安全隐患；

4、②通过数值模拟对煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性进行分析和评价，由于数值建模步骤复杂，不能够直接应用于业内技术人员现场判定，且数值模拟程序存在不收敛的问题，此外也未考虑地下水对防隔水煤(岩)柱稳定性的影响，使得判断标准不够明确；

5、③通过井下现场实测对煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性进行分析和评价，现场监测施工困难，速度慢，成本较高，不能进行区域性评价判别，仅能用于开采生产阶段，且影响矿井正常生产，在采掘设计阶段无法进行实测，具有一定的局限性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷，本发明研究过程中发现：煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性评价不能忽略围岩体浸水弱化的影响。考虑到当矿井水浸入煤(岩)柱中，会使得煤(岩)柱的强度降低，大大影响煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性。有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法。该方法能够综合考虑到矿井水文地质条件，主要从防隔水煤(岩)柱留设的安全性和防隔水的能力两个方面分析煤(岩)柱留设的可靠性，从而对煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性进行合理科学的评判，有效指导煤矿防隔水安全隐患排查，更好地保障矿井安全生产。

2、为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

3、一方面，提供一种矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法。该方法包括如下步骤：

4、分析矿区地层水文地质条件，判断煤(岩)柱与井下工程空间关系，以搜集巷道煤层开采厚度m，单位为m、采深h，单位为m、防隔水煤(岩)柱已留设的宽度b，单位为m、上覆岩层的平均容重γ，单位为kn/m3、煤(岩)柱单轴抗压强度σc，单位为mpa、单轴抗拉强度σt，单位为mpa、内摩擦角，单位为°、内聚力c，单位为mpa、浸水弱化系数λ，无量纲、直接充水含水层平均水压p，单位为mpa、扰动空间的数量n，单位为个；

5、根据计算井下防隔水煤(岩)所需留设的最大宽度l，单位为m；其中：k为掘进扰动变形破坏塑性区范围，单位为m；k为安全系数，无量纲，根据实际工况在1～5范围内取值；

6、根据计算目前留设的防隔水煤(岩)能够承受的最大水压p′，单位为mpa；

7、根据计算防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数w，无量纲；

8、根据防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数w确定矿井防隔水煤(岩)柱的安全风险级别。

9、在一些实施例中，根据防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数w确定矿井防隔水煤(岩)柱的安全风险级别具体包括：

10、在防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数w小于第一预设阈值w1的情况下，确定矿井防隔水煤(岩)柱的安全风险级别为高风险；

11、在防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数w大于或等于第二预设阈值w2的情况下，确定矿井防隔水煤(岩)柱的安全风险级别为低风险；

12、在防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数w大于或等于第一预设阈值w1且小于第二预设阈值w2的情况下，确定矿井防隔水煤(岩)柱的安全风险级别为中风险；其中：

13、w1在0.36至0.49的范围内取值；

14、w2在0.49至0.81的范围内取值；

15、w1＜w2。

16、在一些实施例中，第一预设阈值w1等于0.49；第二预设阈值w2等于0.81。

17、在一些实施例中，浸水弱化系数λ通过对矿区煤样和矿井含水层水样采集后进行浸水实验和岩石基本物理力学实验测得。

18、在一些实施例中，掘进扰动变形破坏塑性区范围k，单位为m根据以下公式计算得到：

19、

20、k1＝0.00492mh

21、

22、

23、其中：k1为经验公式计算的掘进扰动变形破坏范围，单位为m；k2为岩体掘进扰动变形破坏范围的极限平衡理论计算值，单位为m；k3为利用小变形弹塑性理论中库仑准则的掘进扰动变形破坏计算值，单位为m；d为开采扰动因子，无量纲；β为屈服区与弹性区界面处的侧压系数，无量纲。

24、在一些实施例中，开采扰动因子d在1.5至3.0的范围内取值。

25、在一些实施例中，屈服区与弹性区界面处的侧压系数β在0.25至0.40的范围内取值。

26、另一方面，提供前述的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法在煤矿开采中的应用。

27、在一些实施例中，前述的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法在煤矿开采中的应用，包括如下步骤：

28、在确定矿井防隔水煤(岩)柱的安全风险级别为高风险或中风险的情况下，结合煤矿重大事故隐患判定标准，制定相应的增堵防漏措施，以消除安全隐患；

29、在确定矿井防隔水煤(岩)柱的安全风险级别为低风险的情况下，定期检查。

30、本发明的有益效果：

31、1、本发明提供了一种矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法。该方法能够综合考虑到矿井水文地质条件，主要从防隔水煤(岩)柱留设的稳定性(防隔水煤(岩)柱的宽度)和防隔水的能力两个方面，通过计算防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数w分析煤(岩)柱留设的可靠性，为防隔水煤(岩)柱稳定性评价提供了一种新的思路和方法，本发明能够对煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性进行合理科学的评判，有效指导煤矿防隔水安全隐患排查，更好地保障矿井安全生产。

32、2、相较于现有技术，本发明的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法考虑了矿井水对煤(岩)柱的软化作用，判定结果更加准确；本发明的方法操作简单方便，成本较低；本发明的方法能够进行区域性评价判别，能够应用于开采生产阶段和采掘设计阶段，也能够直接应用于业内技术人员现场判定，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法，其特征在于，根据防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数w确定矿井防隔水煤(岩)柱的安全风险级别具体包括：

3.根据权利要求2所述的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法，其特征在于，第一预设阈值w1等于0.49；第二预设阈值w2等于0.81。

4.根据权利要求1所述的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法，其特征在于，浸水弱化系数λ通过对矿区煤样和矿井含水层水样采集后进行浸水实验和岩石基本物理力学实验测得。

5.根据权利要求1所述的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法，其特征在于，掘进扰动变形破坏塑性区范围k，单位为m根据以下公式计算得到：

6.根据权利要求5所述的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法，其特征在于，开采扰动因子d在1.5至3.0的范围内取值。

7.根据权利要求5所述的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法，其特征在于，屈服区与弹性区界面处的侧压系数β在0.25至0.40的范围内取值。

8.权利要求1至7中任一项所述的矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法在煤矿开采中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种矿井防隔水煤(岩)柱稳定性判别方法。该方法包括如下步骤：分析矿区地层水文地质条件，判断煤(岩)柱与井下工程空间关系，以搜集巷道煤层开采厚度、采深h、防隔水煤(岩)柱已留设的宽度、上覆岩层的平均容重、煤(岩)柱单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角、内聚力、浸水弱化系数、直接充水含水层平均水压、扰动空间的数量；计算井下防隔水煤(岩)所需留设的最大宽度、目前留设的防隔水煤(岩)能够承受的最大水压和防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数；根据防隔水煤(岩)柱稳定性安全系数确定矿井防隔水煤(岩)柱的安全风险级别。本发明能够对煤矿防隔水煤(岩)柱的稳定性进行合理科学的评判，更好地保障矿井安全生产。

技术研发人员：刘斌斌,乔伟,张京民,程香港,孟凡林,任洋洋,巩翰林,孙治豪,郭军旗,谷纪领,帕丽旦·麦麦提,任永康,田勇,陈崇,郑尚
受保护的技术使用者：库车市科兴煤炭实业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15