CN115600401B - 一种维护煤矿地下水库安全的下关键层稳定性评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种维护煤矿地下水库安全的下关键层稳定性评价方法。根据相似模拟实验结果以及实际工程传感器所检测到的应力位移等数据，确定地下水库下方关键层失稳评价区域范围，建立地下水库下方关键层失稳评价标准。将传感器通过钻孔的方式埋置于地下水库下关键层上部区域，对地下水库下关键层进行数据监测，并对易失稳和极易失稳区域重点监测。智能锚杆具有实时监测自身应力和位移情况的功能，可以有效监测易失稳区域在加固后的应力与位移变化情况，若存在即将失稳的区域，则可以施行进一步加固措施。

Description

一种维护煤矿地下水库安全的下关键层稳定性评价方法
技术领域
本发明属于维护煤矿地下水库安全领域，特别是涉及到一种维护煤矿地下水库安全的下关键层稳定性评价方法。
技术背景
在煤系岩层中，由于成岩时间先后及矿物成分的不同，各岩层在厚度和硬度等方面有所差别，一般而言，层间岩体中存在着一层或多层坚硬的厚岩层，这些坚硬的厚岩层对层间岩体全部或局部的变形与破坏起主要控制作用，并以某种力学结构支承上部岩层，破断前为连续梁，破断后为砌体梁等。但不是每一层坚硬的厚岩层在采动岩体运动中都起控制作用，将这种在岩层活动中起主要控制作用的坚硬厚岩层称为关键层。
煤矿井下采煤时，每采一段就会留下安全煤柱，如果用人工坝把这些煤柱间的空隙封堵上，采空区就可以形成一个巨大的储水设施，多个采空区储水设施组合在一起，就可以形成一个巨大的蓄水池，并最终形成地下水库。
煤矿地下水库下关键层稳定性决定着煤矿地下水库的安全。当地下水库下方矿井采空区上部覆岩形成自由面并且应力平衡被破坏时，在重力作用下关键层破断或滑移失稳，最终导致地下水库下方岩层塌陷。轻则地下水库被破坏，加大施工成本，重则造成煤层塌方，引发矿难，危及施工人员的生命安全，造成人员伤亡。
发明内容
本发明解决上述问题的技术方案是：一种维护煤矿地下水库安全的下关键层稳定性评价方法，包括以下流程：
a.钻孔取样：对岩层进行钻孔取样，采集各岩层样本；
b.下关键层位置确定：对采集的岩层样本进行力学实验，利用得出的各个岩层弹性模量、容重等力学参数判断关键层；
c.模拟关键层易失稳区域：构建岩层模型，采用与实际工程情况相一致的参数进行相似模拟实验。
d.稳定性评价：地下水库下方关键层失稳评价区域范围的确定及失稳评价标准的建立。
e.数据监测：对关键层布置传感器进行数据监测，易失稳和极易失稳区域重点布置。
f.加固处理：对关键层易失稳和极易失稳区域进行针对性的加固处理，如注浆、加装智能锚杆等。
上述关键层稳定性评价方法，所述步骤a中，需要对层间岩体进行均匀分布取样，确保所取岩样将所有岩层全部包含。
上述关键层稳定性评价方法，所述步骤b中，对采集的岩层样本进行力学实验，利用得出的各个岩层弹性模量、容重等力学参数来确定地下水库下关键层。
上述关键层稳定性评价方法，所述步骤c中，首先构建岩层模型，采用与实际工程情况相一致的参数计算理论极限下沉量am；其次对岩层模型进行相似模拟实验，找到关键层失稳临界状态时的极限下沉量al；最后得出修正系数k，即令al＝kam。
上述关键层稳定性评价方法，所述步骤d中，根据相似模拟实验结果确定地下水库下方关键层失稳区域范围，并建立地下水库下方关键层失稳评价标准：建立实际工程的关键层安全下沉量L，其中L＝nkam，n为安全系数。
上述关键层稳定性评价方法，所述步骤d中，将采空区地下水库下方关键层划分为稳定、易失稳、极易失稳三个等级，稳定：a＜0.5L；易失稳：0.5L≤a＜0.8L；极易失稳：a≥0.8L，其中a为实际工程中的关键层下沉量。
上述关键层稳定性评价方法，所述步骤e中，在工作面进行施工，将传感器通过钻孔的方式埋置于地下水库下关键层上部区域，对地下水库下关键层进行数据监测，并对易失稳和极易失稳区域重点监测。
上述关键层稳定性评价方法，所述步骤f中，利用注浆，智能锚杆等方式对监测出的关键层易失稳和极易失稳区域进行预加固，尤其是对于极易失稳的区域可施行更高强度的加固措施。
上述关键层稳定性评价方法，所述步骤f中，智能锚杆具有实时监测自身应力和位移情况的功能，可以有效监测易失稳和极易失稳区域在加固后的应力与位移变化情况，若存在即将失稳的区域，则可以施行进一步加固措施。
与现有技术相比，本发明的有益之处是：
1、本发明中提供的技术方案，有利于确定地下水库下方关键层失稳区域范围，并且建立了煤矿地下水库下方关键层失稳评价标准。
2、本发明中提供的技术方案，对关键层的易失稳和极易失稳区域布置传感器进行数据监测，并且可对关键层极易失稳区域进行重点监测。
3、本发明中提供的技术方案，加装的智能锚杆具有监测应力及位移变化情况的功能。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图。
图2是本发明实施例的剖面图。
图3是本发明实施例的平面图。
图中：1-地下水库；2-工作面；3-传感器；4-关键层；5-智能锚杆；6-采空区；7-工作面推进方向；8-煤柱坝体。
具体实施方式
在本实施例中，岩层进行钻孔取样，采集各岩层样本。
在本实施例中，对采集的岩层样本进行力学实验，利用得出的各个岩层弹性模量、容重等力学参数，确定关键层4范围及层位。
在本实施例中，构建岩层模型，采用与实际工程情况相一致的参数计算理论极限下沉量am：
其中关键层4上覆荷载q＝1.35MPa，岩层倾角α＝2°，初次破断步距l＝23.68m。
在本实施例中，对岩层模型进行相似模拟实验，找到关键层4失稳临界状态时的极限下沉量al＝0.98m；并得出修正系数k＝1.02，即令al＝kam。
在本实施例中，根据相似模拟实验结果确定地下水库1下方关键层4失稳区域范围，并建立地下水库1下方关键层4失稳评价标准：建立实际工程的关键层安全下沉量L，其中L＝nkam，安全系数n＝1.2。
在本实施例中，将采空区地下水库1下方关键层4划分为稳定、易失稳、极易失稳三个等级，稳定：a＜0.5L；易失稳：0.5L≤a＜0.8L；极易失稳：a≥0.8L，其中a为实际工程中的关键层下沉量。
在本实施例中，对关键层4布置传感器3进行数据监测：在工作面2进行施工，将传感器3通过钻孔的方式埋置于地下水库下关键层4上部区域，对地下水库1下关键层4进行数据监测，并对易失稳和极易失稳区域重点监测。
在本实施例中，对易失稳和极易失稳关键层进行针对性的注浆、加装智能锚杆5等方式加固处理。
在本实施例中，智能锚杆5具有实时监测自身应力和位移情况的功能，可以有效监测易失稳和极易失稳区域在加固后的应力与位移变化情况，若存在即将失稳的区域，则可以施行进一步加固措施。

Claims (1)

1.一种维护煤矿地下水库安全的下关键层稳定性评价方法，其特征在于，包括以下流程：
a.钻孔取样：对岩层进行钻孔取样，采集各岩层样本，需要对层间岩体进行均匀分布取样，确保所取岩样将所有岩层全部包含；
b.下关键层位置确定：对采集的岩层样本进行力学实验，利用得出的各个岩层弹性模量、容重等力学参数判断关键层；
c.模拟关键层易失稳区域：构建岩层模型，采用与实际工程情况相一致的参数计算理论极限下沉量
其中q为关键层上覆荷载，α为岩层倾角，l为初次破断步距；
对岩层模型进行相似模拟实验，找到关键层失稳临界状态时的极限下沉量al；并得出修正系数k，即令al＝kam；
d.稳定性评价：地下水库下方关键层失稳评价区域范围的确定及失稳评价标准的建立；根据相似模拟实验结果确定地下水库下方关键层失稳区域范围，并建立地下水库下方关键层失稳评价标准：建立实际工程的关键层安全下沉量L，其中L＝nkam，n为安全系数；将采空区地下水库下方关键层划分为稳定、易失稳、极易失稳三个等级，稳定：a＜0.5L；易失稳：0.5L≤a＜0.8L；极易失稳：a≥0.8L，其中a为实际工程中的关键层下沉量；
e.数据监测：对关键层布置传感器进行数据监测，在工作面进行施工，将传感器通过钻孔的方式埋置于地下水库下关键层上部区域，对地下水库下关键层进行数据监测，并对易失稳和极易失稳区域重点监测；
f.加固处理：利用注浆，智能锚杆等方式对监测出的关键层易失稳和极易失稳区域进行预加固，其中智能锚杆具有实时监测自身应力和位移情况的功能，可以有效监测易失稳和极易失稳区域在加固后的应力与位移变化情况，若存在即将失稳的区域，则可以施行进一步加固措施。
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关键层位置对采动覆岩裂隙演化与渗透性影响研究;张勤;《中国优秀硕士学位全文数据库 工程科技I辑》(第03期);第1、16-37页 *

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