一种含块状夹矸软煤冲击地压防控方法
专利汇可以提供一种含块状夹矸软煤冲击地压防控方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 煤 矿开采技术领域，涉及一种含 块 状夹矸软煤冲击地压防控方法，所述方法包括两大步骤，一是识别出含块状夹矸软煤巷道冲击危险区域，确定需要进行冲击地压防控区域，二是根据现场条件采取延缓冲击措施或根治措施。所述识别含块状夹矸软煤巷道冲击危险区域，首先根据夹矸块体参数圈定潜在冲击危险区，然后在煤体内不同深度布置应 力 测点，并在巷帮布置位移监测点进行同步监测，根据监测预警指标判断评价区域是否存在冲击危险。本发明所述的防控方法是基于软煤冲击具有隐蔽性导致防冲易迷失目标的难题，提出的“潜在冲击危险区识别→煤体 应力 和巷道 变形 同步监测→防冲措施实施”的防控方法，有效控制了含块状夹矸软煤冲击地压的发生。，下面是一种含块状夹矸软煤冲击地压防控方法专利的具体信息内容。
1.一种含块状夹矸软煤冲击地压防控方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)快速识别软煤巷道某一区域是否存在潜在冲击危险，识别的依据是软煤夹矸块体指标参数；
(2)根据步骤(1)识别的结果，如果没有潜在冲击危险，则取消关注，如果是潜在冲击危险区，则在煤体内不同深度布置应力测点，并在巷帮布置位移监测点进行同步监测，根据监测结果进一步评价研究区域是否存在冲击危险性；
(3)计算形成夹矸块结构区域软煤巷道是否满足发生冲击的力学条件：
式中，σ为作用在结构上的应力；[σ]为软煤结构的极限承载强度；U为结构积聚的能量；
[U]为结构发生冲击所需的最小能量；
(4)进一步地，根据步骤(2)的监测结果，结合步骤(3)的计算结果判断研究区域是否存在冲击危险性；如果监测区域存在冲击危险性则采取防治措施，所述防治措施分为迟滞冲击措施或根治措施；如果监测区域不存在冲击危险性，则继续监测。
2.根据权利要求1所述含块状夹矸软煤冲击地压防控方法，其特征在于：步骤(1)所述软煤夹矸块体指标参数包括夹矸块含量、夹矸块的块度大小、夹矸块的强度；所述夹矸块含量≤30％，所述夹矸块的块度≤60mm，所述夹矸块的强度≤10MPa，如果三个条件同时满足，则研究区域为潜在冲击危险区；如果没有同时满足三个条件，则研究区域为非潜在冲击危险区。
3.根据权利要求1所述含块状夹矸软煤冲击地压防控方法，其特征在于：步骤(2)中，在潜在危险区的煤体内布置应力测点深度为8～15m，位移测点布置在巷帮表面；在潜在危险区的煤体内产生冲击危险的监测预警指标为：应力预警指标为≥15MPa，巷帮位移指标为≤
10mm/月，如果两者同时满足则判断研究区域形成了夹矸块结构，具有发生冲击的危险，如果两者不是同时满足，研究区域就不具有冲击危险，继续监测。
4.根据权利要求1所述含块状夹矸软煤冲击地压防控方法，其特征在于，步骤(3)中，软煤结构极限承载强度[σ]的估算具体过程为：
软煤结构是由形成“骨架”的矸石块体和填充在块体空隙内的软煤组成的，因此可看作复合材料，根据复合材料强度理论，软煤结构极限承载强度[σ]取决于结构内各相材料的强度和所占的体积分数，因此[σ]可表示为：
[σ]＝σK(1-VK)+σSCVK (式2)
式中，[σ]为软煤结构的极限承载强度；σK为夹矸块体强度；VK为夹矸块体的孔隙率；σsc为软煤强度；
软煤结构中软煤仅起到稳固、束缚夹矸块体的作用，承载能力较弱，可认为等于零，因此(式2)变为：
[σ]＝σK(1-VK) (式3)
式中，[σ]为软煤结构的极限承载强度；σK为夹矸块体强度；VK为夹矸块体的孔隙率；
软煤结构极限承载强度[σ]是结构内夹矸块体之间通过嵌挤实现的，[σ]由发生嵌挤的每个夹矸块承担，假设结构内夹矸块体总数为N，考虑到接触点接触程度对应力传递的影响，设相邻夹矸块体之间的嵌挤接触点传递强度因子系数为Kj，则每个夹矸块体分担的强度为：
式中，σj为夹矸块体分担的强度；Kj为相邻夹矸块体之间的嵌挤接触点传递强度因子系数；N为结构内夹矸块体总数；[σ]为软煤结构的极限承载强度；
软煤结构内夹矸块体数量N与单位体积内矸石块体的配位数相关；假设夹矸块为等粒且物理力学性质相同的球体，结合材料学中晶体知识建立夹矸块体空间配位模型，微单元体积主要由处于非中心位置的球体决定，设球半径为r，采用几何知识计算得到微单元体积
3
为64r，设软煤结构的体积为Vj，则软煤结构内夹矸块体总数N的表达式为：
将(式3)，(式5)代入(式4)得：
由(式6)可知，软煤结构整体强度通过夹矸块体之间的嵌挤点由每个矸石块体分担，因此软煤结构具有强大的承载能力；夹矸块体强度和粒度越大，夹矸块体之间的空隙率越小，软煤结构承载能力越大，这为软煤结构积聚冲击所需的应力和能量进而发生软煤冲击创造了条件。
5.根据权利要求4所述含块状夹矸软煤冲击地压防控方法，其特征在于，步骤(3)中，结构发生冲击所需的最小能量[U]由三部分组成；(I)结构内局部夹矸块体碎裂使得整体结构发生雪崩式崩塌需要消耗的能量；(II)松动区煤岩被推出克服顶底板摩擦阻力需要消耗的能量；(III)松动区煤岩被抛出产生灾害所需的最小动能。
6.根据权利要求5所述含块状夹矸软煤冲击地压防控方法，其特征在于：
(I)结构内局部夹矸块体碎裂使得整体结构发生雪崩式崩塌需要消耗的能量的计算过程为：
现场的夹矸块体非均质，形状各异，块体大小不均，单一夹矸块体的碎裂很难导致软煤结构整体失稳，只有同时碎裂的夹矸块体满足一定数量才能实现；假设需要有d个夹矸块体同时破碎才能使得结构整体崩塌，根据第三破碎理论，这些夹矸块碎裂需要消耗的能量Us为：
式中，Wi为夹矸块体的抗碎性系数；Gq为夹矸块体破碎前粒度；Gh为夹矸块体破碎后的粒度。
(II)松动区煤岩被推出克服顶底板摩擦阻力需要消耗的能量
为了估算松动区煤岩被推出需要消耗的能量，根据建立力学模型，对模型作了如下简化：挤入巷道内的松动区煤岩因其边界形状复杂，很难用数学知识进行描述，另外，其量对于整体松动区煤岩来说较少，因此忽略，于是松动区外部边界仍认为是在原巷帮位置；
采用物理学知识进行计算，得到塑性区煤岩被推出克服顶底板摩擦阻力和巷道支护需要消耗的弹性能Uc为：
UC＝{P[h-(L+W)tanα]+f1+f2}ΔS (式8)
其中，
式中，ΔS为松动区煤岩被推出的距离；P为巷帮支护强度；h为巷道高度；α为弯曲下沉后的顶板与水平方向的夹角；L为软煤结构致灾体距巷帮水平距离；W为软煤结构致灾体宽度；f1、f2分别为顶、底板对松动区煤岩的摩擦阻力；σy为松动区煤岩支承压力；μ为松动区煤岩与顶底板间的滑动摩擦系数；ζ为松动区煤岩被抛出过程中由于α的原因与顶板发生挤压影响系数；
松动区煤岩支承压力σy呈指数递增分布，为了简化计算过程，假设σy呈线性递增分布；
则σy表达式为：
将(式9)带入(式8)得：
式中，σmax为松动区煤岩支承压力峰值；
(III)松动区煤岩被抛出产生灾害所需的最小动能
假设被抛出煤岩产生灾害的最小速度为v，则；松动区煤岩被抛出产生灾害所需的最小动能为：
式中，ρ为松动区煤岩密度；
将(式3)～(式5)、(式7)、(式10)～(式11)代入式为(式1)得到软煤结构发生冲击需要满足的力学条件为：
(式12)中[σ]有两种表达形式，前者是基于形成结构的夹矸块空间配位数为7推导的，不同的配位数下[σ]表达形式不同，需具体条件具体分析，实际应用中选择前者还是后者进行计算根据工程需要的精度进行选择。
7.根据权利要求1所述含块状夹矸软煤冲击地压防控方法，其特征在于，步骤(4)中，所述迟滞冲击措施应用条件为：冲击危险区域围岩条件较差，巷道支护困难，实施爆破可能人为诱发冲击地压，造成严重损失；所述根治措施应用条件为：冲击危险区域围岩条件较好，不会给巷道支护带来困难，实施爆破不会人为诱发冲击地压灾害。
8.根据权利要求7所述含块状夹矸软煤冲击地压防控方法，其特征在于，所述迟滞冲击措施具体过程为：对具有冲击危险区域巷帮沿巷道走向实施大直径钻孔卸压措施，所述钻孔的孔径范围为100～150mm、间距范围为1～3m、孔深范围为15～25m。
9.根据权利要求7所述含块状夹矸软煤冲击地压防控方法，其特征在于，所述根治措施具体过程为：对具有冲击危险区域巷帮沿巷道走向实施爆破钻孔，所述钻孔的孔径范围为钻孔的直径为80～100mm、间距范围为1～2m、孔深范围为15～25m，具体要覆盖软煤夹矸块含量≥30％以深区域。
一种含块状夹矸软煤冲击地压防控方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
0.3～1.62m泥岩夹矸，经现场勘查，未受地质构造影响区域，泥岩夹矸呈层状分布，与煤层界限分明，但受地质构造影响区域夹矸碎裂，不规则分散在煤体内，本文研究区域属于后者情况(图1中椭圆标注区域)；12煤直接顶虽为泥岩，但致密、单轴抗压强度40MPa，直接底为
0.93m细砂岩，再向下为7.4m粘土岩，硬度也较大。
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