CN104537566B - 一种六边形煤巷表面位移量的预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种六边形煤巷表面位移量的预测方法，其技术方案是：先确定影响六边形煤巷围岩稳定性的主控因素，包括巷宽、巷高宽比、巷帮倾角、巷埋深和侧压力系数，再利用数值模拟通过基于主控因素的正交试验获取试验值，包括巷道顶底板移近量和两帮移近量，最后用多元线性回归方法对试验值进行数据拟合，得到六边形煤巷表面位移量的预测模型。本发明建立了巷道断面几何参数和地应力参数与巷道表面位移量的关系，具有针对性强的特点，可作为判断六边形煤巷稳定性的依据。

Description

一种六边形煤巷表面位移量的预测方法
技术领域
本发明涉及煤矿巷道围岩稳定性分析领域，特别涉及一种六边形煤巷表面位移量的预测方法。
背景技术
现在的煤巷稳定性分析主要集中在围岩应力和支护方式的选择上，但一直没能有效地改变巷道变形量大、支护困难的现状。在影响巷道稳定的诸多因素中，巷道断面形状对巷道围岩稳定性影响显著，其中六边形巷道较常规的矩形、梯形巷道在围岩稳定性方面具有优越性。
此外，关于巷道稳定性评价、预测的方法有理论分析法、经验法、试验法(包括数值模拟试验和相似材料模拟试验)及现场实践法。其中，试验法主要是以现代数学为基础，结合有限元法、有限差分法等数值模拟分析和物理模型分析的评价预测方法，最终目的是要综合考虑影响围岩稳定的因素，对围岩稳定性做出尽可能客观地预测。
但是，目前关于六边形煤巷围岩稳定性的预测几乎空白，因此，找到一种六边形煤巷围岩稳定性的预测模型已为亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种六边形煤巷表面位移量的预测方法。该方法可以预测巷道顶底板移近量和两帮移近量，为六边形煤巷稳定性的判定提供依据。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种六边形煤巷表面位移量的预测方法，包括如下步骤：
步骤一、确定影响六边形煤巷稳定性的主控因素，选取主控因素为三个巷道断面几何参数：巷宽B、巷高宽比K和巷帮倾角α，以及两个地应力参数：巷埋深H和围岩侧压力系数λ；
步骤二、将上述主控因素进行5因素4水平的正交试验；各因素的水平分别选取：
巷宽取4.5m、5.0m、5.5m和6.0m；巷高宽比取0.8、0.9、1.0和1.1；巷帮倾角取65°、70°、75°和80°；巷埋深取300m、600m、900m和1200m；侧压力系数取0.5、1.0、1.5和2.0；
步骤三、通过数值模拟执行正交试验方案，获得巷道顶底板移近量Yrf和两帮移近量Yw的试验值，利用多元线性回归分析法对试验方案中的数据和试验值进行数据拟合；设主控因素与顶底板移近量和两帮移近量满足如下线性关系：
Y＝β0+β1B+β2K+β3α+β4H+β5λ
式中，β0～β5为回归系数，其值可通过正规矩阵方程(X'X)β＝X'Y求得，在正规矩阵方程中，向量β＝(β0,β1,β2,β3,β4,β5)'；矩阵X＝(1,X1,X2,X3,X4,X5)；对于顶底板移近量，向量Y＝Y1'，对于两帮移近量，向量Y＝Y2′；
对于顶底板移近量，β＝(-1.4732,0.2650,0.5800,-0.0049,0.0016,-0.1760)'；对于两帮移近量β＝(-1.4207,-0.1205,0.8575,-0.0043,0.0024,0.7815)'；
因此，六边形煤巷表面位移量的预测模型如下：顶底板移近量Yrf＝-1.4732+0.2650B+0.5800K-0.0049α+0.0016H-0.1760λ；R2＝0.9478；两帮移近量Yw＝-1.4207-0.1205B+0.8575K-0.0043α+0.0024H+0.7815λ；R2＝0.9351；模型中的R2为相关系数，显示模型具有很高的拟合精度。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明方法建立了巷道断面几何参数和地应力参数与巷道表面位移量的关系，具有针对性强、预测精度高的特点。
附图说明
图1是影响六边形煤巷围岩稳定性主控因素示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：
一种六边形煤巷表面位移量的预测方法，包括如下步骤：
确定影响六边形煤巷稳定性的主控因素，由于巷道断面几何参数和地应力的大小对巷道围岩应力分布、围岩变形量及破坏范围有重要影响，故选取主控因素为巷宽B、巷高宽比K和巷帮倾角α这三个巷道断面几何参数，以及巷埋深H和围岩侧压力系数λ这两个地应力参数。见附图。
基于主控因素设计5因素4水平的正交试验方案，见表1。
表1正交试验方案
方案中各因素的水平分别是：巷宽取4.5m、5.0m、5.5m和6.0m；巷高宽比取0.8、0.9、1.0和1.1；巷帮倾角取65°、70°、75°和80°；巷埋深取300m、600m、900m和1200m；侧压力系数取0.5、1.0、1.5和2.0。
通过数值模拟执行正交试验方案，获得巷道顶底板移近量Yrf和两帮移近量Yw的试验值，见下表2。
表2正交试验的试验值
利用多元线性回归分析法对试验方案中的数据和试验值进行数据拟合。设主控因素与顶底板移近量和两帮移近量满足如下线性关系：
Y＝β0+β1B+β2K+β3α+β4H+β5λ
式中，β0～β5为回归系数，其值可通过正规矩阵方程(X'X)β＝X'Y求得。在正规矩阵方程中，向量β＝(β0,β1,β2,β3,β4,β5)'；矩阵X＝(1,X1,X2,X3,X4,X5)；对于顶底板移近量，向量Y＝Y1'，对于两帮移近量，向量Y＝Y2′。
经计算，对于顶底板移近量，β＝(-1.4732,0.2650,0.5800,-0.0049,0.0016,-0.1760)'；对于两帮移近量β＝(-1.4207,-0.1205,0.8575,-0.0043,0.0024,0.7815)'。
所以，六边形煤巷表面位移量的预测模型如下：
顶底板移近量Yrf＝-1.4732+0.2650B+0.5800K-0.0049α+0.0016H-0.1760λ；R2＝0.9478
两帮移近量Yw＝-1.4207-0.1205B+0.8575K-0.0043α+0.0024H+0.7815λ；R2＝0.9351
模型中的R2为相关系数，显示模型具有很高的拟合精度。
试验例：以吕梁某矿9号煤层的回风顺槽为例。
9号煤层位于太原组下段顶部，埋深350m，侧压力系数1.25，煤层厚度5.1～5.15m，平均抗压强度13.0MPa，厚度变化不大，结构简单，煤层上部含一层0.25～0.30m的夹石，为稳定可采煤层。回风顺槽为六边形巷道，其帮倾角为75°，高度为5m，宽度为5.5m，故巷高宽比为0.9。
将巷宽B＝5.5m、巷高宽比K＝0.9、巷帮倾角α＝75°、巷埋深H＝350m和侧压力系数λ＝1.25代入六边形煤巷表面位移量的预测模型中，得到：
Yrf＝-1.4732+0.2650B+0.5800K-0.0049α+0.0016H-0.1760λ＝-1.4732+0.2650×5.5+0.5800×0.9-0.0049×75+0.0016×350-0.1760×1.25＝0.479m
Yw＝-1.4207-0.1205B+0.8575K-0.0043α+0.0024H+0.7815λ＝-1.4207-0.1205×5.5+0.8575×0.9-0.0043×75+0.0024×350+0.7815×1.25＝0.183m
通过预测模型计算得出的巷道顶底板移近量0.479m和两帮移近量0.183m与实测的顶底板移近量0.499m和两帮移近量0.193m相比，误差分别是4.12％和5.23％，表明六边形煤巷表面位移量的预测模型完全满足工程实践的要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种六边形煤巷表面位移量的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定影响六边形煤巷稳定性的主控因素，选取主控因素为三个巷道断面几何参数：巷宽B、巷高宽比K和巷帮倾角α，以及两个地应力参数：巷埋深H和围岩侧压力系数λ；
步骤二、将上述主控因素进行5因素4水平的正交试验；
步骤三、通过数值模拟执行正交试验，获得巷道顶底板移近量Yrf和两帮移近量Yw的试验值，利用多元线性回归分析法对试验方案中的数据和试验值进行数据拟合；设主控因素与顶底板移近量和两帮移近量满足如下线性关系：
Y＝β0+β1B+β2K+β3α+β4H+β5λ
式中，β0～β5为回归系数，其值通过正规矩阵方程(X'X)β＝X'Y求得，在正规矩阵方程中，向量β＝(β0,β1,β2,β3,β4,β5)'；矩阵X＝(1,X1,X2,X3,X4,X5)；对于顶底板移近量，向量Y＝Y1'，对于两帮移近量，向量Y＝Y2′；
X1、X2、X3、X4、X5、Y1、Y2分别表示巷宽B/m、巷高宽比K、巷帮倾角α/°、巷道埋深H/m、侧压力系数λ、顶底板移近量Yrf和两帮移近量Yw；
对于顶底板移近量，β＝(-1.4732,0.2650,0.5800,-0.0049,0.0016,-0.1760)'；对于两帮移近量β＝(-1.4207,-0.1205,0.8575,-0.0043,0.0024,0.7815)'；
因此，六边形煤巷表面位移量的预测模型如下：顶底板移近量Yrf＝-1.4732+0.2650B+0.5800K-0.0049α+0.0016H-0.1760λ；R2＝0.9478；两帮移近量Yw＝-1.4207-0.1205B+0.8575K-0.0043α+0.0024H+0.7815λ；R2＝0.9351；模型中的R2为相关系数，显示模型具有很高的拟合精度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中：各因素的水平分别选取：
巷宽取4.5m、5.0m、5.5m和6.0m；巷高宽比取0.8、0.9、1.0和1.1；巷帮倾角取65°、70°、75°和80°；巷埋深取300m、600m、900m和1200m；侧压力系数取0.5、1.0、1.5和2.0。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106769589A (zh) * 2017-03-06 2017-05-31 山东科技大学 模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置及试验方法
CN109363299A (zh) * 2018-11-22 2019-02-22 山西煤炭职业技术学院 一种可与手机连接的防丢失钥匙扣
CN111412885B (zh) * 2020-04-23 2021-07-27 长江水利委员会长江科学院 大埋深隧洞挤压型围岩大变形预测方法
CN114183134B (zh) * 2021-07-07 2022-09-13 中国石油化工股份有限公司 一种页岩气水平井地应力预测方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1847620A (zh) * 2006-05-02 2006-10-18 中国矿业大学 预测煤巷突出的连续钻进流量法及其装置
CN101661114A (zh) * 2009-06-12 2010-03-03 中国矿业大学(北京) 基于ann的矿井煤巷掘进前方小构造预报方法
CN101915112A (zh) * 2010-08-02 2010-12-15 中国矿业大学(北京) 强帮强角煤巷锚杆支护方法
CN103984788A (zh) * 2013-12-31 2014-08-13 中国矿业大学(北京) 一种煤巷锚杆支护自动智能设计与优化系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1847620A (zh) * 2006-05-02 2006-10-18 中国矿业大学 预测煤巷突出的连续钻进流量法及其装置
CN101661114A (zh) * 2009-06-12 2010-03-03 中国矿业大学(北京) 基于ann的矿井煤巷掘进前方小构造预报方法
CN101915112A (zh) * 2010-08-02 2010-12-15 中国矿业大学(北京) 强帮强角煤巷锚杆支护方法
CN103984788A (zh) * 2013-12-31 2014-08-13 中国矿业大学(北京) 一种煤巷锚杆支护自动智能设计与优化系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"兖州矿区煤巷围岩稳定性影响因素评价及应用研究";安伯超;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20080515(第5期);第B021-6页 *

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