CN112418621A - 急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法，包括：S10基于急倾斜特厚煤层地质覆存条件和水平分段开采特征，调整相关评价指标；S20分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压地质影响因素的种类，确定各地质影响因素的实际危险指数Wgi和最大危险指数Wmgi，计算地质影响因素的综合评估指数Wg；S30分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压开采影响因素的种类，确定各开采因素的实际危险指数Wmi和最大危险指数Wmmi，计算开采因素的综合评估指数Wm；S40根据地质影响因素的综合评估指数Wg和开采因素的综合评估指数Wm计算冲击危险的最终综合评估指数W；S50根据最终综合评估指数W，确定急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压危险等级，该方法简单、易操作且实用。

Description

急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采与煤矿安全技术领域，尤其涉及急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法。
背景技术
随着我国煤炭资源开采深度和强度的逐年增大，急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压灾害频发，严重威胁矿井安全生产。目前针对该类冲击地压的研究主要集中在发生机理、危险评估与监测预警、防治措施这三个方面，其中，冲击机理是基础，而危险评估与监测预警则是灾害防治的关键。
对于某一开采区域，需要提前评估该区域发生冲击地压的危险等级，据此来指导冲击地压监测和防治工作。对于常规的煤层地质和开采条件，一般用综合指数评估方法进行冲击地压危险性评价。然而，目前采用的综合指数评估方法的适用范围主要为近水平或缓倾斜煤层覆存条件，对于急倾斜特厚煤层而言，现有综合指数评估方法中的部分指标已不再适用，且符合急倾斜特厚煤层水平分段开采特征的评价指标未能体现。因此，为保证综合指数评估方法在急倾斜煤层冲击危险评价中的科学性和适用性，需要根据实际情况对该类冲击地压影响因素进行分类，重新选取和修正评价指标，准确评估该类冲击的危险等级，实现有效指导急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压灾害监测和治理的目的。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法，有效解决现有综合指数评估方法不适用于急倾斜特厚煤层冲击地压危险综合指数评估的技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法，包括：
S10基于急倾斜特厚煤层地质覆存条件和水平分段开采特征，调整相关评价指标；
S20分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压地质影响因素的种类，确定各地质影响因素的实际危险指数Wgi和最大危险指数Wmgi，计算地质影响因素的综合评估指数Wg；
S30分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压开采影响因素的种类，确定各开采因素的实际危险指数Wmi和最大危险指数Wmmi，计算开采因素的综合评估指数Wm；
S40根据所述地质影响因素的综合评估指数Wg和开采因素的综合评估指数Wm计算冲击危险的最终综合评估指数W；
S50根据最终综合评估指数W，确定急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压危险等级。
本发明提供的急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法是一种简单、易操作且实用的提前评估预测方法，其只需基于调整后的评价指标，通过分析急倾斜煤层开采区域的地质类和开采类因素，便可确定其冲击地压危险水平和等级，为该类冲击地压监测和防治提供一定指导。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法流程示意图流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
如图1所示为本发明提供的急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法流程示意图，从图中可以看出，该综合指数评估方法包括：
S10基于急倾斜特厚煤层地质覆存条件和水平分段开采特征，调整相关评价指标。
常规的综合指数评估方法一般将冲击地压影响因素分为地质条件影响因素和开采技术条件影响因素。对于近水平或缓倾斜煤层开采而言，地质条件因素主要包括如下7个指标：同一水平煤层冲击地压发生历史(Wg1)、开采深度(Wg2)、上覆裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离(Wg3)、煤层上方100m范围顶板岩层厚度特征参数(Wg4)、开采区域内构造引起的应力增量与正常应力值之比(Wg5)、煤的单轴抗压强度(Wg6)及煤的弹性能指数(Wg7)；开采技术条件影响因素包括如下11个指标：保护层的卸压程度(Wm1)、工作面距上保护层开采遗留煤柱的水平距离(Wm2)、工作面与临近采空区的关系(Wm3)、工作面长度(Wm4)、区段煤柱宽度(Wm5)、留底煤厚度(Wm6)、向采空区掘进的巷道的停掘位置与采空区距离(Wm7)、向采空区推进的工作面的停采线与采空区距离(Wm8)、向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道与断层的距离(Wm9)、向煤层倾角剧烈变化(>15°)的向斜或背斜推进的工作面或巷道与之的距离(Wm10)及向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道接近煤层变化部分的距离(Wm11)。
基于此，基于急倾斜特厚煤层地质覆存条件和水平分段开采特征，地质影响因素相关指标调整结果为：①开采深度(Wg2)：开采深度不仅影响急倾斜煤层应力水平，也关系到上部采空区范围和覆岩结构的稳定性；②坚硬厚层岩层距煤层距离(Wg3)：对于急倾斜煤层，常规的上覆裂隙带内坚硬厚层岩层已不符合该类条件因素分类，而应考虑采场围岩对冲击危险的影响；③围岩岩层厚度特征参数(Wg4)：由于急倾斜煤层顶底板位于煤层两侧，需将原方法中的表述“煤层上方100m范围顶板岩层厚度特征参数”调整为“围岩100m范围围岩岩层厚度特征参数”；④煤层倾角(Wg8)：补充的地质因素指标，存在一个使得煤体峰值应力达到最大值的“危险”倾角θ0，当实际倾角θ趋于该“危险”倾角θ0时，急倾斜煤体的峰值应力趋于该条件下的最大值，最易诱发冲击地压。且急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压的地质影响因素相关指标调整结果见表1。
表1急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压地质因素指标
Figure BDA0002774542790000031
Figure BDA0002774542790000041
开采影响因素相关指标调整结果调整结果为：①保护层的卸压程度(Wm1)：由于上部采空区对急倾斜煤体具有一定的卸压效果，因此可以减小“保护层的卸压程度”的所占比重，将最大指标由3降为2；②工作面距上覆遗留煤柱的水平距离(Wm2)：急倾斜煤层开采过程中虽然不需要留设区段煤柱，但上覆煤柱的存在对冲击地压的发生有重要影响，即当采掘工作面进出上覆煤柱边界时仍存在应力集中现象；③水平分段数(Wm3)：急倾斜煤层开采围岩活动范围和破断强度主要是随分段数目的增加而增大，可将水平分段数作为急倾斜煤层冲击危险评价指标之一，代替原方法中的“工作面与临近采空区的关系”指标；④工作面长度(Wm4)：急倾斜煤层工作面长度对应于煤层真厚，煤体越厚则覆岩垮落带高度越大，采空区岩层传递至煤体的应力增量就越大，峰值采动应力也越大，采场冲击危险性也越大；⑤分段垂高(Wm5)：急倾斜煤层开采无需留设区段煤柱，而分段垂高却影响顶板巷的冲击危险性，因此用“分段垂高”代替原方法中的“区段煤柱宽度”；⑥回采工作面与上覆开切巷、停采线位置的距离(Wm8)：急倾斜煤层采空区位于工作面上方，同一采区内几乎不存在向采空区推进的工作面，但当工作面接近上覆开切巷、停采线位置时会出现应力升高现象，因此将原方法中“向采空区推进的工作面的停采线与采空区的距离”调整为“回采工作面与上覆开切巷、停采线位置的距离”。且急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压的开采影响因素相关指标调整结果见表2。
表2急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压开采因素指标
Figure BDA0002774542790000042
Figure BDA0002774542790000051
S20分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压地质影响因素的种类，确定各地质影响因素的实际危险指数Wgi和最大危险指数Wmgi，计算地质影响因素的综合评估指数Wg。
综合评估指数Wg如式(1)：
Figure BDA0002774542790000052
其中，i表示地质影响因素的序号。
另外，这里将各类地质影响因素的危险指数均分为四个等级，由低至高依次为0、1、2、3；其中，0表示无冲击地压危险，1表示弱冲击地压危险，2表示中等冲击地压危险，3表示强冲击地压危险。以此，急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压的地质影响因素的种类和危险指数等级划分方法见表3。
表3急倾斜特厚煤层地质因素影响的冲击危险指数评估
Figure BDA0002774542790000053
Figure BDA0002774542790000061
S30分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压开采影响因素的种类，确定各开采因素的实际危险指数Wmi和最大危险指数Wmmi，计算开采因素的综合评估指数Wm。
综合评估指数Wm如式(2)：
Figure BDA0002774542790000062
其中，i表示地质影响因素的序号。
同样地，将各类开采影响因素的危险指数均分为四个等级，由低至高依次为0、1、2、3；其中，0表示无冲击地压危险，1表示弱冲击地压危险，2表示中等冲击地压危险，3表示强冲击地压危险。急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压的开采影响因素的种类和危险指数等级划分方法见表4。
表4急倾斜特厚煤层开采因素影响的冲击危险指数评估
Figure BDA0002774542790000063
Figure BDA0002774542790000071
S40根据地质影响因素的综合评估指数Wg和开采因素的综合评估指数Wm计算冲击危险的最终综合评估指数W。
最终综合评估指数W如式(3)：
W＝max{Wg,Wm} (3)
S50根据最终综合评估指数W，确定急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压危险等级。具体，依据冲击危险的最终综合评估指数W确定开采区域的冲击地压危险等级见表5。
表5最终综合评估指数与冲击地压危险等级对照表
危险等级 危险状态 最终综合评估指数W
A 无危险 W≤0.25
B 弱危险 0.25＜W≤0.5
C 中等危险 0.5＜W≤0.75
D 强危险 W＞0.75
在一实例中，以发生过冲击地压事故的甘肃某急倾斜特厚煤层开采矿井的某工作面为分析对象，采用本发明提供的急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法，分别确定出该工作面的地质因素和开采因素影响的冲击危险指数，见表6和表7。经计算，地质和开采因素的综合评估指数分别为：Wg＝0.83，Wm＝0.63。
表6某急倾斜煤层工作面地质因素影响的冲击危险指数评估表
Figure BDA0002774542790000072
Figure BDA0002774542790000081
表7某急倾斜煤层工作面开采因素影响的冲击危险指数评估表
Figure BDA0002774542790000082
Figure BDA0002774542790000091
综上，该急倾斜煤层工作面冲击危险的最终综合评估指数W为：
W＝max{Wg,Wm}＝max{0.83,0.63}＝0.83。查看表5可知，W＞0.75时，危险等级为D，危险状态为强危险。
若按照常规的综合指数评估方法，得到的该工作面地质和开采因素的综合评估指数分别为0.71和0.64，最终综合评估指数为0.71，仅为中等冲击危险。而实际中该工作面发生过2次冲击事故，显然根据本发明调整后的评价方法得到的评估结果更为合理。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通相关人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种急倾斜特厚煤层冲击地压危险的综合指数评估方法，其特征在于，包括：
S10基于急倾斜特厚煤层地质覆存条件和水平分段开采特征，调整相关评价指标；
S20分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压地质影响因素的种类，确定各地质影响因素的实际危险指数Wgi和最大危险指数Wmgi，计算地质影响因素的综合评估指数Wg；
S30分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压开采影响因素的种类，确定各开采因素的实际危险指数Wmi和最大危险指数Wmmi，计算开采因素的综合评估指数Wm；
S40根据所述地质影响因素的综合评估指数Wg和开采因素的综合评估指数Wm计算冲击危险的最终综合评估指数W；
S50根据最终综合评估指数W，确定急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压危险等级。
2.如权利要求1所述的综合指数评估方法，其特征在于，在所述步骤S10中，调整的地质影响因素包括：开采深度Wg2、坚硬厚层岩层距煤层距离Wg3、围岩岩层厚度特征参数Wg4及煤层倾角Wg8，其中，
对于开采深度Wg2来说：
当开采深度h≤400m，评估指数为0；
当开采深度400m<h≤450m，评估指数为1；
当开采深度450m<h≤500m，评估指数为2；
当开采深度h>500m，评估指数为3；
对于坚硬厚层岩层距煤层距离Wg3来说：
当围岩中坚硬厚层岩层距煤层的距离d>100m，评估指数为0；
当围岩中坚硬厚层岩层距煤层的距离40m<d≤100m，评估指数为1；
当围岩中坚硬厚层岩层距煤层的距离20m<d≤40m，评估指数为2；
当围岩中坚硬厚层岩层距煤层的距离d≤20m，评估指数为3；
对于围岩岩层厚度特征参数Wg4来说：
当围岩100m范围围岩岩层厚度特征参数Lst<50m，评估指数为0；
当围岩100m范围围岩岩层厚度特征参数50m<Lst≤70m，评估指数为1；
当围岩100m范围围岩岩层厚度特征参数70m<Lst≤90m，评估指数为2；
当围岩100m范围围岩岩层厚度特征参数Lst>90m，评估指数为3；
对于煤层倾角Wg8来说：
当煤层倾角45°<θ<55°，评估指数为1；
当煤层倾角70°≤θ<90°，评估指数为2；
当煤层倾角55°≤θ<70°，评估指数为3。
3.如权利要求2所述的综合指数评估方法，其特征在于，在所述步骤S10中，调整的开采影响因素包括：保护层的卸压程度Wm1、工作面距上覆遗留煤柱的水平距离Wm2、水平分段数Wm3、工作面长度Wm4、分段垂高Wm5及回采工作面与上覆开切巷、停采线位置的距离Wm8，其中，
对于保护层的卸压程度Wm1来说：
当保护层的卸压程度等级为好，评估指数为0；
当保护层的卸压程度等级为中等，评估指数为1；
当保护层的卸压程度等级为一般，评估指数为2；
对于工作面距上覆遗留煤柱的水平距离Wm2来说：
当工作面距上覆遗留煤柱的水平距离hz≥100m，评估指数为0；
当工作面距上覆遗留煤柱的水平距离60m≤hz<100m，评估指数为1；
当工作面距上覆遗留煤柱的水平距离30m≤hz<60m，评估指数为2；
当工作面距上覆遗留煤柱的水平距离hz<30m，评估指数为3；
对于水平分段数Wm3来说：
当于水平分段数0<n≤5，评估指数为0；
当于水平分段数6≤n≤10，评估指数为1；
当于水平分段数11≤n≤15，评估指数为2；
当于水平分段数n≥16，评估指数为3；
对于工作面长度Wm4来说：
当工作面长度Lm≤20m，评估指数为0；
当工作面长度20m<Lm≤40m，评估指数为1；
当工作面长度40m<Lm<68m，评估指数为2；
当工作面长度Lm≥68m，评估指数为3；
对于分段垂高Wm5来说：
当分段垂高h0<11m，评估指数为1；
当分段垂高11m≤h0<15m，评估指数为2；
当分段垂高h0≥15m，评估指数为3；
对于回采工作面与上覆开切巷、停采线位置的距离Wm8来说：
当回采工作面与上覆开切巷、停采线位置的距离Lmc≥100m，评估指数为0；
当回采工作面与上覆开切巷、停采线位置的距离50m≤Lmc<100m，评估指数为1；
当回采工作面与上覆开切巷、停采线位置的距离30m≤Lmc<50m，评估指数为2；
当回采工作面与上覆开切巷、停采线位置的距离Lmc<30m，评估指数为3。
4.如权利要求2所述的综合指数评估方法，其特征在于，在所述步骤S20分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压地质影响因素的种类，确定各地质影响因素的实际危险指数Wgi和最大危险指数Wmgi，计算地质影响因素的综合评估指数Wg中，综合评估指数Wg为：
Figure FDA0002774542780000031
其中，i表示地质影响因素的序号。
5.如权利要求2所述的综合指数评估方法，其特征在于，在所述步骤S30分析急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压开采影响因素的种类，确定各开采因素的实际危险指数Wmi和最大危险指数Wmmi，计算开采因素的综合评估指数Wm中，综合评估指数Wm为：
Figure FDA0002774542780000032
其中，i表示地质影响因素的序号。
6.如权利要求1-5任意一项所述的综合指数评估方法，其特征在于，在所述步骤S40根据所述地质影响因素的综合评估指数Wg和开采因素的综合评估指数Wm计算冲击危险的最终综合评估指数W中，最终综合评估指数W为：
W＝max{Wg,Wm} 。
7.如权利要求1-5任意一项所述的综合指数评估方法，其特征在于，在所述步骤S50根据最终综合评估指数W，确定急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压危险等级中：
当最终综合评估指数W≤0.25，判定采冲击地压危险等级为无危险；
当最终综合评估指数0.25＜W≤0.5，判定采冲击地压危险等级为弱危险；
当最终综合评估指数0.5＜W≤0.75，判定采冲击地压危险等级为中等危险；
当最终综合评估指数W＞0.75，判定采冲击地压危险等级为强危险。
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