CN114135288B - 一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法 - Google Patents
一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，包括以下步骤：采集煤层巷道数据，其中，所述煤层巷道数据包括矿井采掘数据、煤岩层参数和施工区域参数；基于所述煤层巷道数据，构建高压水射流割缝卸压参数优化模型；将所述煤岩巷道数据输入所述高压水射流割缝卸压参数优化模型，模拟不同所述煤层巷道数据下的应力及能量演化特征，确定高压水射流割缝卸压效果等级评定综合指数，获得适用于煤岩层巷道的最优卸压参数。本发明将所涉及的高压水射流卸压参数优化方法更符合矿井实际情况，所获得的最优卸压参数准确度更高，能对冲击危险性较高区域进行精准卸压，对最大限度的保证巷道支护体稳定及卸压效果最大化具有深刻作用。
Description
技术领域
本发明涉及冲击地压煤层巷道卸压技术领域，特别是涉及一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法。
背景技术
冲击地压是一种由于煤矿井巷或工作面周围煤(岩)体弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象，对矿山的安全生产有很大的威胁。随着我国煤炭生产重心向西部转移，煤炭开采强度增大和开采条件日益复杂，冲击地压灾害日趋严重，事故频发，导致重大安全风险。据统计，冲击地压主要发生在巷道中，且主要发生在回采及掘进工序。目前为止巷道煤岩体卸压措施主要有顶板深孔爆破、钻孔卸压、水力致裂等，以上方法在国内各矿井经过现场应用，取得了一定的应用效果，但均存在一定的适用条件和局限性。
鉴于高压水射流割缝技术具有粉尘量少及无火花等优点，众多学者针对高压水射流割缝卸压及瓦斯增透技术的原理及应用展开了研究，但是水射流割缝技术在冲击地压煤层巷道卸压防治方面研究较少，且影响巷道卸压效果的因素较多，不合理的卸压参数不仅会造成巷道围岩应力的多次扰动，加剧了应力峰值区域对巷帮围岩自承载能力的消耗，而且会对巷道围岩支护结构造成损伤，最终破坏巷道的整体稳定性。
因此，亟需一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，以解决上述现有技术存在的问题，所涉及的高压水射流卸压参数优化方法更符合矿井实际情况，所获得的最优卸压参数准确度更高，能对冲击危险性较高区域进行精准卸压，对最大限度的保证巷道支护体稳定及卸压效果最大化具有深刻作用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，包括以下步骤：
采集煤层巷道数据，其中，所述煤层巷道数据包括矿井采掘数据、煤岩层参数和施工区域参数；
基于所述煤层巷道数据，构建高压水射流割缝卸压参数优化模型；
将所述煤岩巷道数据输入所述高压水射流割缝卸压参数优化模型，模拟不同所述煤层巷道数据下的应力及能量演化特征，确定高压水射流割缝卸压效果等级评定综合指数，获得适用于煤岩层巷道的最优卸压参数。
可选地，构建所述高压水射流割缝卸压参数优化模型包括：
基于所述矿井采掘数据，构建矿井三维地质数值模型；
分别构建钻孔间距-割缝半径理论计算模型、构建钻孔深度-割缝长度理论计算模型和缝槽切割间距理论计算模型；
基于所述钻孔间距-割缝半径理论计算模型、钻孔深度-割缝长度理论计算模型、缝槽切割间距理论计算模型和所述矿井三维地质数值模型，构建所述高压水射流割缝卸压参数优化模型。
可选地，所述矿井三维地质数值模型包括不同的卸压区域，对不同所述卸压区域分别进行不同精细度的网格划分。
可选地，构建所述钻孔间距-割缝半径理论计算模型包括：
将割缝槽划分为破碎区、塑性区及弹性区，其中，所述割缝槽由高压水射流割缝卸压后形成；
计算破碎区半径RP，如式(1)所示：
其中，RP为割缝槽破碎区半径，
为卸压区的煤体碎涨系数，RC为割缝槽半径；
计算塑性区半径RS，如式(2)所示：
其中，RS为割缝槽塑性区半径，RP为割缝槽破碎区半径，σy为煤层水平的垂直应力，λ为侧压系数，c为煤体黏聚力，
为煤体内摩擦角，ψ为环向角度，n为修正系数；
基于所述割缝槽半径RC和所述塑性区半径RS，构建钻孔间距模型，所述钻孔间距模型满足式(3)：
2Rc≤S≤2Rs (3)
其中，S为高压水射流割缝钻孔间距，RC为割缝槽半径，RS为割缝槽塑性区半径。
可选地，构建所述钻孔深度-割缝长度理论计算模型包括：
计算高压水射流割缝钻孔深度，基于所述高压水射流割缝钻孔深度，计算高压水射流切割段长度，所述高压水射流切割段长度满足式(10)：
H-X0≤L≤H-Lz (10)
其中，L为高压水射流切割段长度，H为高压水射流割缝钻孔深度，X0为煤层巷道煤壁至巷道帮部煤体极限强度的距离，Lz为巷道支护体区域的长度。
可选地，计算所述高压水射流割缝钻孔深度包括：
计算巷道围岩应力场如式(4)所示：
式中，假设地层为各向同性且均质，γ，μ分别为上覆岩层的容重和泊松比；p、q分别为巷道所受的铅锤应力及水平应力；
基于所述巷道围岩应力场，计算矩形巷道弹性应力场，如式(5)所示：
其中，σr，σθ，σz及τrθ分别为巷道围岩中的径向、切向、垂向及剪切应力；r为扰动区半径；θ为极角，即所考察点的扰动区半径与水平轴间的夹角；a为巷道半径，m、n分别为矩形巷道的宽度和高度；
基于所述矩形巷道弹性应力场，计算巷道帮部应力扰动范围，如式(7)所示：
其中，r为巷道帮部应力扰动范围，a为巷道半径，κ为修正系数；
基于所述巷道应力扰动范围计算所述高压水射流割缝钻孔深度。
可选地，所述计算高压水射流切割段长度包括：
计算巷道帮部煤体极限强度，如式(8)所示：
σy max＝δησc＝2.729(ησc)0.729 (8)
其中，σymax为巷道帮部煤体极限强度，η为煤岩流变系数，σc为煤岩体的单轴抗压强度；
基于所述巷道帮部煤体极限强度，计算煤层巷道煤壁至巷道帮部煤体极限强度的距离，如式(9)所示：
其中，M为开采煤层厚度；λ为极限强度所在面的侧压系数，λ＝ν(1-ν)，ν为煤体泊松比，α为煤层倾角，φ为煤层与顶底板界面处的摩擦角，c为煤层与顶底板界面处的黏聚力，Px为巷道支护体对煤壁沿巷道径向方向的约束力，γ0为煤体平均体积力。
可选地，构建所述缝槽切割间距理论计算模型包括：
将高压水射流割缝卸压相邻割缝槽之间依次分割为割缝槽周围破碎区、割缝槽周围塑性区和割缝槽周围弹性区；
计算割缝槽周围破碎区宽度，如式(11)所示：
其中，RPk为割缝槽破碎区宽度；
为卸压区的煤体碎涨系数；RC为割缝槽半径；
计算割缝槽周围塑性区宽度，如式(12)所示：
其中，Rsk为割缝槽塑性区宽度；RC为割缝槽半径；RP为割缝槽破碎区半径；RS为割缝槽塑性区半径；σy为煤层水平垂直应力；λ为侧压系数；c为煤体黏聚力；
为煤体内摩擦角；ψ为环向角度；n为修正系数；
基于所述割缝槽周围破碎区宽度和所述割缝槽周围塑性区宽度，计算高压水射流割缝卸压缝槽切割间距D，所述高压水射流割缝卸压缝槽切割间距D满足式(13)：
其中，Rsk为割缝槽塑性区宽度；RC为割缝槽半径；RPk为割缝槽破碎区宽度；RP为割缝槽破碎区半径；σy为煤层水平垂直应力；λ为侧压系数；c为煤体黏聚力；
为煤体内摩擦角；ψ为环向角度；n为修正系数；
为卸压区的煤体碎涨系数。
可选地，所述高压水射流割缝卸压效果等级评定综合指数如式(14)所示：
其中，Wt为某巷道的高压水射流割缝卸压效果等级评定综合指数，Wi为不同参数卸压后对应力及能量变化的影响程度指数，Wimax为不同参数卸压后对应力及能量变化的影响程度指数的最大值。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，基于矿井实际地质构造条件及采掘现状，构建三维精细化模型，通过对模型网格的高度精细化，能够有效的模拟出矿井实际的地质构造条件，提高模拟过程中的应力及能量传导的精准率，同时通过建立高压水射流割缝卸压参数优化模型，针对不同参数下的卸压效果进行定量分析及综合评估，得到适用于矿井的最优卸压参数，所涉及的高压水射流卸压参数优化方法更符合矿井实际情况，所获得的最优卸压参数准确度更高，对工作面精准的进行卸压措施，最大限度的保证巷道支护体稳定及卸压效果最大化具有深刻作用。
附图说明
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中钻孔间距-割缝半径理论计算模型示意图；
图3为本发明实施例中钻孔深度-割缝长度理论计算模型示意图；
图4为本发明实施例中缝槽切割间距理论计算模型示意图；
图5为本发明实施例中采区工作面布置平面图；
图6为本发明实施例中构建的三维精细化模型示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种冲击地压煤层高压水射流割缝卸压参数优化方法，如图1所示，包括以下步骤：
采集煤层巷道数据，包括矿井采掘概况资料、煤岩层参数及施工区域参数。
收集矿井采掘概况资料，包括矿井回采及掘进历史、矿井钻孔柱状图；
收集矿井煤岩层参数，包括煤岩层体积模量、剪切模量、密度、内聚力、抗压强度、抗拉强度、泊松比、内摩擦角、环向角度及侧压系数；
收集矿井施工区域参数，包括巷道宽度及高度、巷道支护体长度。
构建矿井三维地质精细化数值模型：
根据钻孔柱状图构建三维精细化模型，对不同的卸压区域，模型包括的范围如表1所示：
表1
针对构建模型的不同区域进行不同大小的网格划分，具体划分情况如表2所示，构建好的三维精细化模型如图2所示。
表2
| 模型区域 | 卸压区域内 | 卸压区域外0-20m | 卸压区域20m-模型边界 |
| 网格大小 | 0.1m | 0.5m | 1.0m |
首先，针对高压水射流割缝卸压后形成的众多割缝槽，将缝槽由内向外划分为破碎区、塑性区及弹性区，相邻两钻孔的缝槽区域分布如图2所示，其中破碎区、塑性区的半径可用下式计算：构建钻孔间距-割缝半径理论计算模型：
(1)计算割缝槽破碎区半径RP如式(1)所示：
式中，RP为割缝槽破碎区半径，m；
为塌落区的煤体碎涨系数，通常取1.2～1.5；RC为割缝槽半径，m。
(2)计算割缝槽塑性区半径RS如式(2)所示：
式中，RS为割缝槽塑性区半径，m；σy为煤层水平的垂直应力，MPa；λ为侧压系数；c为煤体黏聚力，MPa；
为煤体内摩擦角，°；ψ为环向角度，°；n为修正系数，通常为1.1～1.3。
综上，高压水射流割缝钻孔间距S小于或等于2倍的割缝槽塑性区半径时卸压效果更佳，考虑到钻孔间距小于2倍的割缝槽半径时，会产生切割覆盖区，为避免此种情况，高压水射流割缝钻孔间距应满式(3)：
2Rc≤S≤2Rs (3)。
其次，建立钻孔深度-割缝长度理论计算模型：
煤层巷道处于平面应变状态时受力情况如图3所示，计算高压水射流割缝钻孔深度：
计算矩形巷道围岩应力场如式(4)所示：
式中，假设地层为各向同性且均质，γ，μ分别为上覆岩层的容重和泊松比；p、q分别为巷道所受的铅锤应力及水平应力。
计算矩形巷道弹性应力场如式(5)所示：
式中，σr，σθ，σz及τrθ分别为巷道围岩中的径向、切向、垂向及剪切应力；r为扰动区半径；θ为极角，即所考察点的扰动区半径与水平轴间的夹角；a为巷道半径，其中矩形巷道的等效半径为
m、n分别为矩形巷道的宽度和高度。
矩形巷道帮部(即θ＝0°)的扰动区范围控制如式(6)所示：
考虑到实际情况下巷道各种应力集中的影响，巷道应力扰动范围应比按原岩应力计算的值要大，取修正系数κ＝1.2，当矩形巷道围岩应力场p＝q(即μ＝0.5)时，得到巷道应力扰动范围如式(7)所示：
综上，高压水射流割缝钻孔深度H大于或等于巷道帮部应力扰动范围时卸压效果更佳，表示为：H≥5.364a。
计算高压水射流切割段长度：
计算巷道帮部煤体极限强度(即支承压力峰值)如式(8)所示：
σy max＝δησc＝2.729(ησc)0.729 (8)
式中，σy max为巷道帮部煤体极限强度，η为煤岩流变系数，通常取值为0.4-0.6，σc为煤岩体的单轴抗压强度，MPa。
计算煤层巷道煤壁至巷道帮部煤体极限强度(支承应力峰值)的距离如式(9)所示：
式中，M为开采煤层厚度，m；λ为极限强度所在面的侧压系数，λ＝ν(1-ν)，ν为煤体泊松比；α为煤层倾角，°；φ为煤层与顶底板界面处的摩擦角，°；c为煤层与顶底板界面处的黏聚力，MPa；Px为巷道支护体对煤壁沿巷道径向方向的约束力，MPa；γ0为煤体平均体积力，MPa。
综上，高压水射流割缝卸压割缝段长度L大于或等于H-X0时卸压效果更佳，考虑到保护巷道支护体的稳定，不对巷道支护体的区域Lz进行割缝卸压，故高压水射流割缝卸压割缝段长度L表示为如式(10)所示：
H-X0≤L≤H-Lz (10)。
再次，构建缝槽切割间距理论计算模型：
高压水射流割缝卸压相邻割缝槽之间由近到远，依次形成了割缝槽周围破碎区、割缝槽周围塑性区及割缝槽周围弹性区，如图4所示。
计算割缝槽周围的破碎区宽度如式(11)所示：
式中，RPk为割缝槽破碎区宽度，m；
为卸压区的煤体碎涨系数，通常取1.2～1.5；RC为割缝槽半径，m。
计算割缝槽周围的塑性区宽度如式(12)所示：
式中，Rsk为割缝槽塑性区宽度，m；RC为割缝槽的半径，m；RP为割缝槽破碎区，m；RS为割缝槽塑性区半径，m；σy为煤层水平垂直应力，MPa；λ为侧压系数；c为煤体黏聚力，MPa；
为煤体内摩擦角，°；ψ为环向角度，°；n为修正系数，通常为1.1～1.3。
综上，高压水射流割缝卸压缝槽切割间距D小于或等于2倍(Rsk+RPk)时卸压效果更佳，故高压水射流割缝卸压缝槽切割间距D表示为如式(13)所示:
其中，Rsk为割缝槽塑性区宽度；RC为割缝槽半径；RPk为割缝槽破碎区宽度；RP为割缝槽破碎区半径；σy为煤层水平垂直应力；λ为侧压系数；c为煤体黏聚力；
为煤体内摩擦角；ψ为环向角度；n为修正系数；
为卸压区的煤体碎涨系数。
最后，基于三维精细化数值模型、钻孔间距-割缝半径理论计算模型、钻孔深度-割缝长度理论计算模型、缝槽切割间距理论计算模型构建高压水射流割缝卸压参数优化模型。
将采集到的数据输入高压水射流割缝卸压参数优化模型，模拟不同参数条件下的应力及能量演化特征，确定各种应力及能量变化的影响权重，然后将其综合起来，进行卸压效果评价，以便较好的优化高压水射流卸压参数。
按照式(14)所示的方式进行评价，其中，Wt为某巷道的高压水射流割缝卸压效果等级评定综合指数，以此可以确定卸压效果程度；Wi为不同参数卸压后对应力及能量变化的影响程度的指数，考虑最大主应力等7项指标。
根据计算得出的卸压效果等级评定综合指数Wt，将卸压效果程度定量化分为4个等级，分别为差、一般、较好、好。
不同参数条件下应力-能量卸压效果评价指标如表3所示：
表3
当Wt＜0.25时，该高压水射流割缝参数下对巷道帮部卸压效果的等级评估为差，巷道冲击危险性高；当0.25≤Wt＜0.5时，该高压水射流割缝参数下对巷道帮部卸压效果的等级评估为一般，巷道冲击危险性较高；当0.5≤Wt＜0.75时，该高压水射流割缝参数下对巷道帮部卸压效果的等级评估为较好，巷道冲击危险性较低；当0.75≤Wt＜1时，该高压水射流割缝参数下对巷道帮部卸压效果的等级评估为好，使得两帮应力及能量降低明显，巷道冲击危险性低。
实施例
本实施例中以某矿730采区集中巷布置在煤层底板为例，轨道集中巷与胶带集中巷之间距离60m，以3条联络巷进行连通，巷道埋深平均为1080m。工作面接近采区集中巷的方式为双翼接近，集中巷处于两侧工作面超前支承压力的叠加区，应力较为集中，巷道冲击危险性较高，730采区工作面布置如图5所示。
根据730采区集中巷附近区域的钻孔柱状图构建三维精细化模型，卸压区域四周50m范围内网格大小为0.1m，卸压区域外0-20m网格大小为0.5m，卸压区域20m-模型边界网格大小为1.0m，构建好的三维精细化模型如图6所示。
煤岩体中的应力条件与煤岩物理力学性质有关，本方法根据矿井勘探成果对各岩层进行物理参数赋值，并计算至原岩应力平衡状态，各岩层力学参数如表4所示：
表4
随后按照矿井实际情况，对730采区轨道及胶带集中巷、3#联络巷进行开挖，计算至平衡状态。首先，根据钻孔间距-割缝半径理论计算模型，按照以下公式对相关参数进行计算：
(1)按照式(1)计算割缝槽破碎区半径RP：
(2)按照式(2)计算割缝槽塑性区半径RS：
钻孔间距-割缝半径理论计算模型中用到的煤体参数如表5所示：
表5
针对高压水射流割缝卸压技术可达到的割缝半径2.0m，按照以上煤体参数分别计算出相应的破碎区半径、塑性区半径及钻孔间距如表6：
表6
针对以上钻孔间距-割缝半径理论值进行数值模拟分析，对不同参数下的卸压效果进行评价，结果如表7：
表7
其次，根据钻孔深度-割缝长度理论计算模型，按照以下公式对相关参数进行计算：
(1)按照式(4)计算矩形巷道围岩应力场；
(2)按照式(5)计算矩形巷道弹性应力场；
(3)按照式(6)对矩形巷道帮部(即θ＝0°)的扰动区范围进行控制；
(4)考虑到实际情况下巷道各种应力集中的影响，巷道应力扰动范围应比按原岩应力计算的值要大，取修正系数κ＝1.2，当矩形巷道围岩应力场p＝q(即μ＝0.5)时，按照式(7)计算巷道应力扰动范围；
(5)按照式(8)计算巷道帮部煤体极限强度(即支承压力峰值)；
(6)按照式(9)计算煤层巷道煤壁至巷道帮部煤体极限强度峰值的距离。
高压水射流割缝卸压割缝段长度L大于或等于H-X0时卸压效果更佳，考虑到保护巷道支护体的稳定，不对巷道支护体的区域Lz进行割缝卸压，故高压水射流割缝卸压割缝段长度L可表示为：H-X0≤L≤H-Lz。
本实施例中，钻孔深度-割缝长度理论计算模型中用到的煤体参数如表8所示：
表8
按照以上煤体参数分别计算出相应的巷道帮部扰动范围、巷帮应力峰值等取值如表9所示：
表9
针对以上钻孔深度-割缝长度理论值进行数值模拟分析，采用指标对不同参数下的卸压效果进行评价，结果如表10所示：
表10
最后，根据缝槽切割间距理论计算模型，计算相关参数：
(1)按照式(11)计算割缝槽周围的破碎区宽度：
(2)按照式(12)计算割缝槽周围的塑性区宽度：
综上，高压水射流割缝卸压缝槽切割间距D小于或等于2倍(Rsk+RPk)时卸压效果更佳，故高压水射流割缝卸压缝槽切割间距D可表示为：
综上分析结果，割缝半径为2.0m时卸压效果最佳，按照以上参数得出的缝槽间距理论值如表11：
表11
针对以上缝槽切割间距理论值进行数值模拟分析，采用卸压效果评价指标对不同参数下的卸压效果进行评价，结果如下表12：
表12
综上结果，730采区3#联络巷高压水射流割缝卸压最优参数如表13所示：
表13
| 钻孔间距/m | 钻孔深度/m | 割缝半径/m | 割缝长度/m | 割缝间距/m |
| 5.0 | 21.0 | 2.0 | 17.0 | 2.0 |
本发明提供的冲击地压煤层高压水射流割缝卸压参数优化方法基于矿井实际地质构造条件及采掘现状，构建三维精细化模型，通过对模型网格的高度精细化，可提高模拟过程中的应力及能量传导的精准率。其次，建立钻孔间距-割缝半径、钻孔深度-割缝长度及缝槽切割间距理论计算模型，针对矿井实际卸压区域煤岩体物理力学参数，获得高压水射流卸压参数的理论计算区间值。随后，通过建立高压水射流割缝卸压效果评价指标，形成高压水射流割缝卸压参数优化模型。最后，将卸压参数的理论计算值分别代入三维精细化模型中进行数值模拟，针对不同卸压参数下的卸压效果进行定量分析及综合评估，获得适用于矿井实际地质构造条件下的高压水射流割缝最优卸压参数。本发明所涉及的高压水射流卸压参数优化方法更符合矿井实际情况，所获得的最优卸压参数准确度更高，能对冲击危险性较高区域进行精准卸压，对最大限度的保证巷道支护体稳定及卸压效果最大化具有深刻作用。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。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所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集煤层巷道数据，其中，所述煤层巷道数据包括矿井采掘数据、煤岩层参数和施工区域参数；
基于所述煤层巷道数据，构建高压水射流割缝卸压参数优化模型，包括：
基于所述矿井采掘数据，构建矿井三维地质数值模型；
分别构建钻孔间距-割缝半径理论计算模型、构建钻孔深度-割缝长度理论计算模型和缝槽切割间距理论计算模型；
基于所述钻孔间距-割缝半径理论计算模型、钻孔深度-割缝长度理论计算模型、缝槽切割间距理论计算模型和所述矿井三维地质数值模型，构建所述高压水射流割缝卸压参数优化模型；
所述矿井三维地质数值模型包括不同的卸压区域，对不同所述卸压区域分别进行不同精细度的网格划分；
将所述煤层巷道数据输入所述高压水射流割缝卸压参数优化模型，模拟不同所述煤层巷道数据下的应力及能量演化特征，确定高压水射流割缝卸压效果等级评定综合指数，获得适用于煤岩层巷道的最优卸压参数。
2.根据权利要求1所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，其特征在于，构建所述钻孔间距-割缝半径理论计算模型包括：
将割缝槽划分为破碎区、塑性区及弹性区，其中，所述割缝槽由高压水射流割缝卸压后形成；
计算破碎区半径
，如式（1）所示：
其中，
为割缝槽破碎区半径，
为卸压区的煤体碎胀系数，
为割缝槽半径；
计算塑性区半径
，如式（2）所示：
其中，
为割缝槽塑性区半径，
为割缝槽破碎区半径，
为煤层水平的垂直应力，
为侧压系数，c为煤体黏聚力，
为煤体内摩擦角，
为环向角度，
为修正系数；
基于所述割缝槽半径
和所述塑性区半径
，构建钻孔间距模型，所述钻孔间距模型满足式（3）：
其中，S为高压水射流割缝钻孔间距，
为割缝槽半径，
为割缝槽塑性区半径。
3.根据权利要求1所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，其特征在于，构建所述钻孔深度-割缝长度理论计算模型包括：
计算高压水射流割缝钻孔深度，基于所述高压水射流割缝钻孔深度，计算高压水射流切割段长度，所述高压水射流切割段长度满足式（10）：
其中，L为高压水射流切割段长度，H为高压水射流割缝钻孔深度，X 0 为煤层巷道煤壁至巷道帮部煤体极限强度的距离，L z 为巷道支护体区域的长度。
4.根据权利要求3所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，其特征在于，计算所述高压水射流割缝钻孔深度包括：
计算巷道围岩应力场如式（4）所示：
式中，假设地层为各向同性且均质，
分别为上覆岩层的容重和泊松比；p、q分别为巷道所受的铅锤应力及水平应力；
基于所述巷道围岩应力场，计算矩形巷道弹性应力场，如式（5）所示：
其中，
及
分别为巷道围岩中的径向、切向、垂向及剪切应力；r为扰动区半径；
为极角，即所考察点的扰动区半径与水平轴间的夹角；a为巷道半径；
基于所述矩形巷道弹性应力场，计算巷道帮部应力扰动范围，如式（7）所示：
其中，r为巷道帮部应力扰动范围，a为巷道半径，
为修正系数；
基于所述巷道帮部应力扰动范围计算所述高压水射流割缝钻孔深度。
5.根据权利要求3所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，其特征在于，所述计算高压水射流切割段长度包括：
计算巷道帮部煤体极限强度，如式（8）所示：
其中，
为巷道帮部煤体极限强度，
为煤岩流变系数，
为煤岩体的单轴抗压强度；
基于所述巷道帮部煤体极限强度，计算煤层巷道煤壁至巷道帮部煤体极限强度的距离，如式（9）所示：
其中，
为开采煤层厚度；
为极限强度所在面的侧压系数，
为煤体泊松比，
为煤层倾角，
为煤层与顶底板界面处的摩擦角，c为煤体黏聚力，
为巷道支护体对煤壁沿巷道径向方向的约束力，
为煤体平均体积力。
6.根据权利要求1所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，其特征在于，构建所述缝槽切割间距理论计算模型包括：
将高压水射流割缝卸压相邻割缝槽之间依次分割为割缝槽破碎区、割缝槽塑性区和割缝槽弹性区；
计算割缝槽破碎区宽度，如式（11）所示：
其中，
为割缝槽破碎区宽度；
为卸压区的煤体碎胀系数；
为割缝槽半径；
计算割缝槽塑性区宽度，如式（12）所示：
其中，
为割缝槽塑性区宽度；
为割缝槽半径；
为割缝槽破碎区半径；
为割缝槽塑性区半径；
为煤层水平垂直应力；
为侧压系数；c为煤体黏聚力；
为煤体内摩擦角；
为环向角度；
为修正系数；
基于所述割缝槽破碎区宽度和所述割缝槽塑性区宽度，计算高压水射流割缝卸压缝槽切割间距D，所述高压水射流割缝卸压缝槽切割间距D满足式（13）：
其中，
为割缝槽塑性区宽度；
为割缝槽半径；
为割缝槽破碎区宽度；
为割缝槽破碎区半径；
为煤层水平垂直应力；
为侧压系数；c为煤体黏聚力；
为煤体内摩擦角；
为环向角度；
为修正系数；
为卸压区的煤体碎胀系数。
7.根据权利要求1所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法，其特征在于，所述高压水射流割缝卸压效果等级评定综合指数如式（14）所示：
其中，W t 为巷道的高压水射流割缝卸压效果等级评定综合指数， W i 为不同参数卸压后对应力及能量变化的影响程度指数，W imax 为不同参数卸压后对应力及能量变化的影响程度指数的最大值。
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