[发明专利]一种不对称孤岛工作面的冲击失稳判别与防冲开采方法

说明书

本发明提供了一种不对称孤岛工作面的冲击失稳判别方法，包括如下步骤：S1、得到工作面覆岩空间分布特征，并利用微震监测结果，揭示砾岩对工作面上覆岩层活动的控制影响；S2、将地表划分为三类区域，分析不同区域内的覆岩对孤岛工作面的应力传递规律，建立平均支承压力估算模型；S3、建立工作面“当量采深‑工作面破坏程度‑平均支承压力”之间的关系，并据此判别工作面发生冲击失稳的可能。本发明还提供了一种不对称孤岛工作面的防冲开采方法。本发明以巨厚砾岩条件下的不对称孤岛工作面为研究对象，提出“当量采深‑工作面破坏程度‑平均支承压力”之间关系，并以此作为判断工作面危险程度的依据，从而有效保证工作面的安全开采。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种不对称孤岛工作面的冲击失稳判别与防冲开采方法。

背景技术

孤岛工作面覆岩空间结构复杂，开采应力集中程度高，极易引发冲击地压等危险，煤体冲击失稳及其诱发的动力灾害逐渐成为制约矿井安全生产的难题。开展孤岛工作面采前冲击失稳研究是冲击地压危险预测和防治的关键。

目前，国内专家在孤岛工作面上覆岩层结构特征、应力分布规律以及冲击地危险评估等方面进行了研究，取得了丰硕成果。姜福兴等人根据采场周边情况，首先提出O、S、C、θ四种典型的覆岩空间结构类型，并在此基础上研究孤岛工作面采场覆岩的多层空间结构“四周一体”的运动方式，并通过现场监测、数值计算等方法揭示覆岩结构运动与采动应力场之间关系；窦林名等人研究了孤岛工作面顶板运动规律，结合地质构造影响因素，分析了孤岛工作面围岩应力集中程度及剧烈运动规律，提出了孤岛工作面冲击危险程度评价方法。但由于影响孤岛工作面的煤体冲击失稳因素很多，不同孤岛工作面煤体应力集中程度和覆岩空间结构运动特征需要具体分析，特别是采场上覆巨厚关键岩层，两侧地表沉陷呈不对称的特殊孤岛工作面，其采空区覆岩结构复杂，煤体冲击失稳的预测防治也更加困难。

据此，目前急需一种不对称孤岛工作面覆岩空间结构的煤体冲击失稳判别方法以及相应的防冲开采设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种不对称孤岛工作面覆岩空间结构的煤体冲击失稳判别与防冲开采方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种不对称孤岛工作面的冲击失稳判别方法，包括如下步骤：

S1、依据地表沉陷统计规律，得到孤岛工作面两侧不对称覆岩空间分布特征，并利用微震监测结果结合砾岩物理力学特性，揭示砾岩对工作面上覆岩层活动的控制影响；

S2、将地表划分为三类区域，即“超充分采动区”、“充分采动过渡区”和“非充分采动区”；分析不同区域内的覆岩对孤岛工作面的应力传递规律，建立不对称孤岛工作面煤体平均支承压力估算模型；

S3、根据工作面煤体不同深度条件下的煤体破坏应力条件，提出煤体冲击失稳分析方法，建立工作面“当量采深-工作面破坏程度-平均支承压力”之间的关系，并据此判别不对称孤岛工作面发生冲击失稳的可能性。

作为本发明的优选方式之一，所述不对称孤岛工作面具体为巨厚砾岩条件下的不对称孤岛工作面。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤S2中，采区地表设置的地表沉降观测线南北走向分布，沿矿井勘探线钻孔布置，通过监测钻孔孔口标高变化，反映开采与地面沉降关系；当工作面开采完毕，地表经过成分充分沉降后，得到地表实测沉降曲线；用开采尺寸与开采深度比值D/H表示采动程度，D/H结果越大表明采动程度越大；据此，将地表划分为三类区域，即“超充分采动区”、“充分采动过渡区”和“非充分采动区”。