CN115749948A - 一种回采工作面冲击危险性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井工煤矿工作面冲击危险性评价技术领域，具体为一种回采工作面冲击危险性评价方法，包括：(1)确定评价对象，包括其地质及开采技术条件和范围；(2)根据影响冲击地压危险的因素进行因素分析；(3)对所有的影响因素按照因素取值表进行因素取值；(4)完成评价指标的计算；(5)将评价指标计算值与临界指标进行对比，确定工作面冲击地压危险等级。本发明解决了现有评价方法无法准确判识工作面整体冲击地压危险等级和未能统筹分析地质及开采技术条件而造成冲击地压危险等级产生误差，可以评价工作面回采期间的整体冲击地压危险等级，提高冲击地压危险等级宏观评价结果的准确性，为工作面回采期间冲击地压防治提供依据。

Description

一种回采工作面冲击危险性评价方法

技术领域

本发明涉及井工煤矿工作面冲击危险性评价技术领域，特别是涉及一种回采工作面冲击危险性评价方法。

背景技术

随着井工煤矿开采深度的逐年增加，冲击地压已成为威胁煤炭开采的主要灾害之一。冲击地压具有突发性强、影响因素多、复杂等特点，给灾害的防控带了较大难度。据不完全统计，回采工作面因开采扰动较掘进期间大，其冲击地压发生的强度较掘进期间大。工作面在回采前可基本摸清其所处区域的地质条件，且开采技术条件明确，准确地进行冲击危险性评价，并依据评价结果提前采取预防措施，可以有效地避免冲击地压事故的发生。

目前，我国冲击地压危险性评价中普遍采用综合指数法、多因素法、可能性指数法等。如CN103362551A中公开了一种冲击矿压的综合指数评估方法，包括：(1)分析冲击矿压影响因素中的地质类影响因素种类W_gi，确定各种类的地质影响因素的最大危险指数R_mgi和实际危险指数Rgi，计算地质类影响因素的冲击矿压危险指数W_t1＝ΣR_gi/R_mgi；(2)分析冲击矿压影响因素中的采矿类影响因素种类W_mj，确定各种类的采矿影响因素的最大危险指数R_mmj和实际危险指数R_mj，计算采矿类影响因素的冲击矿压危险指数W_t2＝ΣR_mj/R_mmj；(3)确定最终的冲击矿压危险综合指数为W_t＝max{W_t1,W_t2}；(4)冲击矿压危险综合指数W_t值越高，开采区域的冲击矿压危险等级越高。

但是，该方法将影响冲击地压的地质因素和开采技术因素进行了分割，未能考虑在相同地质条件下不同的开采技术因素对冲击危险性的影响，且未考虑采深影响的覆岩自重应力与煤体强度的关系、冒落带岩层碎胀厚度增量与开采煤层厚度的关系、工作面顺槽位置与临近采空区侧向支承压力关系、设计停采线距采空区的距离与开采扰动范围的关系等因素对冲击危险性的影响，其冲击危险性评价结果有待进一步提高，尤其是在地质及开采技术条件明确的回采工作面。

综上，现有的冲击矿压的综合指数评估方法准确性尚不能完全满足回采工作面冲击危险性评价的需要。

发明内容

针对现有技术中的冲击矿压的综合指数评估方法无法准确预评估回采工作面冲击地压危险等级的问题，为了提高回采工作面冲击危险性预评估准确性，进而更加有效地指导回采工作面的冲击地压防治，本发明提出一种能够满足各矿井现场需求的回采工作面冲击危险性评价方法。

具体而言，本申请提供了如下技术方案：

一种回采工作面冲击危险性评价方法，包括以下步骤：

(1)确定评价对象及范围

依据工作面地质说明书，确定回采工作面的布置参数，进而确定冲击危险性评价的对象，划定冲击危险性评价范围。

(2)分析评价对象冲击地压影响因素

经冲击地压影响因素的研究与总结确定，影响回采工作面冲击危险性因素至少包括下表1所示的20种影响因素。

表1回采工作面冲击地压影响因素

(3)冲击地压影响因素取值

依据表2提供的各影响因素取值表对各个冲击地压地质及开采技术影响因素进行取值。

表2回采工作面冲击地压影响因素取值表

(4)评价指标计算

依据步骤(3)得到的冲击地压各个影响因素取值，按照

进行评价指标计算，得到W最终结果。

(5)冲击地压危险等级判别

根据W结果与冲击地压危险等级判别标准的关系，确定工作面冲击地压危险等级。W∈[0,0.25]为无冲击地压危险，W∈(0.25,0.5]为弱冲击地压危险，W∈(0.5,0.75]为中等冲击地压危险，W∈(0.75,1]为强冲击地压危险。

其中，所述步骤(3)和(4)中，对每个冲击地压影响因素取值，并将影响冲击地压的地质因素和开采技术因素进行综合考虑，并归一化计算。

其中，冲击地压影响因素“覆岩自重应力与煤单轴抗压强度比值”，综合考虑了煤层埋深形成的上覆岩层自重应力与煤体单轴抗压强度关系进行影响因素取值，不再单一的以煤层埋深和煤体单轴抗压强度分别进行因素取值。

其中，冲击地压影响因素“冒落带岩层碎胀厚度增量与开采煤层厚度比值”，综合考虑了冒落带岩层碎胀后厚度增量与开采煤层厚度的关系进行因素取值，即上覆岩层冒落后对上覆岩层的支撑作用，同时，对于充填开采工作面有利于冲击地压防控进行了补充。

其中，冲击地压影响因素“工作面顺槽位置与临近采空区侧向支承压力关系”，可以依据工作面布置方案与所处区域的应力环境进行因素取值，可以更加准确的反映复杂条件下工作面冲击危险性。

其中，冲击地压影响因素“设计停采线距采空区的距离与开采扰动范围的比值”，可以依据实际开采条件与估算的开采扰动范围对工作面设计停采线影响因素进行取值，避免了单一“停采线与采空区距离”在不同煤层厚度、不同开采强度及不同上覆岩层结构条件下的差异，可提高冲击危险性评价的准确性。

其中，冲击地压影响因素“工作面外受断层切割形成的煤柱宽度”，可以依据工作面掘进期间揭露的断层参数与工作面顺槽之间形成的煤柱进行因素取值，补充了不在工作面开采煤体内的断层与工作面顺槽形成煤柱对工作面冲击地压的影响，可提高冲击危险性评价的准确性。

其中，冲击地压影响因素“工作面外受巷道切割形成的煤柱宽度”，可以依据工作面周边老巷道与工作面巷道之间形成的煤柱进行因素取值，补充了不在工作面开采煤体内的老巷道与工作面巷道形成煤柱对工作面冲击地压的影响，可提高冲击危险性评价的准确性。

其中，冲击地压影响因素“工作面内受巷道/断层切割，其位置与工作面停采位置之间的煤柱宽度”，可以依据工作面内老巷道(或断层)与工作面切眼之间形成的煤柱进行因素取值，补充了工作面开采煤体内的老巷道(或断层)与工作面切眼形成煤柱(或孤立煤体)对工作面冲击地压的影响，可提高冲击危险性评价的准确性。

与现有技术相比，本发明的回采工作面冲击危险性评价方法至少具有以下有益效果：

(1)本发明的回采工作面冲击危险性评价方法利用回采工作面地质及开采技术条件明确的特点，将影响冲击地压的地质因素及开采技术因素进行综合考虑，避免了因素分别考虑带来的误差，各影响因素分别取值后进行归一化处理，进而判别冲击地压危险等级，提高了回采工作面冲击危险性评价的准确性。

(2)本发明的回采工作面冲击危险性评价方法通过对回采工作面可能存在的至少20种影响因素进行分析，弥补了已有方法的漏洞及缺项，评价方法更具有针对性，大大提高了回采工作面冲击地压评价危险等级的准确性和可靠性。

下面结合附图对本发明回采工作面冲击危险性评价方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明回采工作面冲击危险性评价方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，以某矿1309S回采工作面为例，回采工作面冲击危险性评价方法包括以下步骤：

(1)确定评价对象及范围

评价对象为1309S回采工作面，评价范围为工作面煤体及周边100m范围内煤体。

(2)分析评价对象冲击地压影响因素

依据表2中的冲击地压影响因素，逐个分析对1309S回采工作面冲击地压的影响。

W₁:1309S回采工作面同水平同煤层冲击地压发生次数为0。

W₂:1309S回采工作面采深440m～640m，煤体单轴抗压强度为12.12MPa，上覆岩层自重应力与煤单轴抗压强度比值为1.32。

W₃:1309S回采工作面煤层上方38.15m存在厚度10.03m的中砂岩，且该岩层的单轴抗压强度68MPa，属于厚硬岩层。

W₄：1309S工作面煤层厚度2.19m，工作面煤壁宽度300m，沿空存在1310S采空区(宽度160m)，冒落带厚度以4倍采高(煤厚)计算，冒落带碎胀系数取1.2，则冒落带岩层碎胀厚度增量与开采煤层厚度比值为0.8。

W₅:1309S工作面所在区域最大主应力为22.64MPa，垂直应力为11.42MPa；σ_hmax＝22.64MPa，σ_h＝14.85MPa，γ＝51％。

W₆：1309S工作面煤的冲击能量指数2.26。

W₇：1309S工作面煤的弹性能指数2.72。

W₈：1309S工作面煤的动态破坏时间173.4ms。

W₉：1309S工作面未处于9煤保护层范围内，保护层卸压程度为一般。

W₁₀：该因素未涉及。

W₁₁：1309S工作面一侧为1310S采空区，一侧为实体煤。

W₁₂：1309S工作面煤壁宽度300m，运输顺槽与1310S采空区之间区段煤柱宽度为2.5m，工作面两顺槽均处于低应力区，小于1.5σ_c。

W₁₃：1309S工作面与1310S采空区之间区段煤柱宽度为2.5m。

W₁₄：1309S工作面两顺槽岩顶板破底梯形巷道布置，矮帮局部底角留有厚度小于1m的底煤。

W₁₅：基于载荷三带理论，估算1309S工作面开采扰动影响范围为115m，停采线距推进方向采空区大于500m。

W₁₆：1309S工作面在回采期间不存在向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进。

W₁₇：1309S运输顺槽实际揭露了若干落差小于3m的小断层，1309S轨道顺槽揭露了落差为0～14m的DF3断层。工作面中部区域存在落差为0～5m的DF1断层。

W₁₈：1309S轨道顺槽揭露了落差为0～14m的DF3断层，自工作面实体煤侧至工作面内。

W₁₉：该因素未涉及。

W₂₀：1309S工作面内受DF1、DF3等断层影响，且工作面回采过该切割区域；工作面内存在联络巷，且工作面回采过该联络巷。

1309S工作面内无褶曲、含水层等影响因素影响。

(3)冲击地压影响因素取值

依据步骤(2)各影响因素分析结果，各冲击地压及开采技术影响因素取值如表3所示。

表3 1309S回采工作面冲击地压影响因素取值表

(4)评价指标计算

依据步骤(3)得到的冲击地压各个影响因素取值，按照

进行评价指标计算，得到W最终结果为0.444。

(5)冲击地压危险等级判别

根据W结果与冲击地压危险等级判别标准的关系，确定工作面冲击地压危险等级。W∈(0.25,0.5]为弱冲击地压危险，即1309S回采工作面具有弱冲击地压危险。

本发明方法利用现有回采工作面冲击地压影响因素进行冲击危险性评价，常见的冲击地压影响因素至少包括表1所列的20种，本实施例仅以常见条件为例，具体回采工作面的评价，需根据工作面实际的地质及开采条件进行必要补充与删减。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种回采工作面冲击危险性评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)确定评价对象及范围；

(2)分析评价对象冲击地压影响因素：影响回采工作面冲击危险性因素至少包括下表所示的20种影响因素，

(3)冲击地压影响因素取值：对各个冲击地压地质及开采技术影响因素进行取值；

(4)评价指标计算

依据步骤(3)得到的冲击地压各个影响因素取值，按照

进行评价指标计算，得到W最终结果；

(5)冲击地压危险等级判别

根据W结果与冲击地压危险等级判别标准的关系，确定工作面冲击地压危险等级。

2.根据权利要求1所述的回采工作面冲击危险性评价方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为，依据工作面地质说明书，确定回采工作面的布置参数，进而确定冲击危险性评价的对象，划定冲击危险性评价范围。

3.根据权利要求2所述的回采工作面冲击危险性评价方法，其特征在于：所述步骤(3)具体为，依据下表对各个冲击地压影响因素进行取值；

4.根据权利要求3所述的回采工作面冲击危险性评价方法，其特征在于：所述步骤(5)中，W∈[0,0.25]为无冲击地压危险，W∈(0.25,0.5]为弱冲击地压危险，W∈(0.5,0.75]为中等冲击地压危险，W∈(0.75,1]为强冲击地压危险。

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