一种煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法及系统

本申请涉及煤矿安全，特别涉及一种煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法及系统。

背景技术：

1、充填开采作为契合绿色矿山建设理念的采煤方法，具有控制煤矿采空区上覆岩层运动、减少地面沉降、防治冲击地压、处理固废存量等优势。但由于煤矿井下条件复杂、充填体自身强度有限、充填工序和割煤工序相隔时间较短，充填体初凝阶段更容易受扰动、承压等因素影响，导致充填体发生劣化，进而影响充填体井下长期服役强度，使得煤矿充填开采效果大打折扣。

2、因而，亟需提供一种煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法及系统，从而为目标充填工作面上覆岩层失稳、地表大面积沉降、工作面冲击提供先兆信息，达到保障煤矿充填工作面高效、安全生产的目的。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法及系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请提供一种煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法，包括：步骤s101、基于获取的目标充填工作面的充填体的力学参数，确定所述目标充填工作面充填体的极限承载力；步骤s102、基于获取的所述目标充填工作面的上覆煤岩参数及所述目标充填工作面的布置参数，计算所述目标充填工作面充填体承载静压；步骤s103、计算所述目标充填工作面充填体承受的覆岩初次破断等效附加扰动动载；步骤s104、根据所述目标充填工作面充填体的所述极限承载力、所述承载静压和所述等效附加扰动动载，基于静载耦合理论，确定所述目标充填工作面充填体的承压劣化指数，以对所述目标充填工作面充填体劣化进行评估。

4、优选的，步骤s101中，按照公式：

5、

6、确定所述目标充填工作面充填体的极限承载力qc；其中，c为所述目标充填工作面的充填体的粘聚力；为所述目标充填工作面的充填体的内摩擦角

7、优选的，步骤s102中，按照公式：

8、

9、确定第n层岩层垮落时所述目标充填工作面充填体的承压静载

10、其中，vn为所述目标充填工作面采空区上覆第n层垮落岩层的体积；ρn为所述目标充填工作面采空区上覆第n层垮落岩层的容重；sk为所述充填体的面积；

11、sn-1为所述目标充填工作面采空区上覆第n层垮落岩层的下底面面积；s0n为所述目标充填工作面采空区上覆第n层垮落岩层的中截面面积；sn为所述目标充填工作面采空区上覆第n层垮落岩层的上顶面面积；mn为所述目标充填工作面采空区上覆第n层垮落岩层的厚度；

12、lz为所述目标充填工作面采空区的走向长度；hn+1为所述目标充填工作面采空区上覆第n层垮落岩层的底板距离采空区的垂向高度；az为所述目标充填工作面沿走向方向的岩层移动角；lq为所述目标充填工作面采空区的倾向向长度；αq为所述目标充填工作面沿倾向方向的岩层移动角；n为正整数。

13、优选的，步骤s103中，按照公式：

14、

15、确定第n+1层岩层初次破断时所述目标充填工作面充填体承受的覆岩初次破断等效附加扰动动载

16、其中，vm为第n+1层岩层初次破断产生的振动波的传播速度；pn+1为第n+1层岩层运动引发矿震的能量作用系数；ηn+1为第n+1层岩层运动过程中振动波释放效率；qn+1为第n+1层岩层的自重及其上覆岩层附加单位长度折算载荷；ln+1为第n+1层岩层的初步破断步距；bn+1为第n+1层岩层的悬空跨度；en+1为第n+1层岩层的弹性模量；mn+1为第n+1层岩层的厚度；

17、λn+1为所述振动波的衰减系数；sn+1为第n+1层岩层初次破断的震源点距所述目标充填工作面的距离；ρt为所述振动波传播途径煤岩体的平均介质密度。

18、优选的，步骤s104中，按照公式：

19、

20、确定n层岩层垮落时所述目标充填工作面充填体的承压劣化指数in；

21、其中，为第n+1层岩层初次破断时所述目标充填工作面充填体承受的覆岩初次破断等效附加扰动动载；为第n层岩层垮落时所述目标充填工作面充填体的承压静载，qc为所述目标充填工作面充填体的极限承载力。

22、优选的，所述对所述目标充填工作面充填体劣化进行评估，包括：基于预设的劣化阈值，根据所述承压劣化指数，确定所述目标充填工作面充填体的劣化可能性。

23、本申请实施例还提供一种煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价系统，包括：极限承载单元，配置为基于获取的目标充填工作面的充填体的力学参数，确定所述目标充填工作面充填体的极限承载能力；承载静压单元，配置为基于获取的所述目标充填工作面的上覆煤岩参数及所述目标充填工作面的布置参数，计算所述目标充填工作面充填体承载静压；等效扰动单元，配置为计算所述目标充填工作面充填体承受的覆岩初次破断等效附加扰动动载；劣化评估单元，配置为根据所述目标充填工作面充填体的所述极限承载力、所述承载静压和所述等效附加扰动动载，基于静载耦合理论，确定所述目标充填工作面充填体的承压劣化指数，以对目标充填工作面充填体劣化进行评估。

24、有益效果：

25、本申请实施例提供的煤矿充填工作面充填体劣化可能性评估方法中，首先，基于获取的目标充填工作面的充填体的力学参数，确定目标充填工作面充填体的极限承载力；然后，基于获取的目标充填工作面的上覆煤岩参数及目标充填工作面的布置参数，计算目标充填工作面充填体承载静压，并计算目标充填工作面充填体承受的覆岩初次破断等效附加扰动动载；最后，根据目标充填工作面充填体承载静压和等效附加扰动动载，基于静载耦合理论，确定目标充填工作面充填体的承压劣化指数，以对目标充填工作面充填体劣化进行评估，以快速、精准的评价煤矿充填工作面充填体劣化可能性，为目标充填工作面上覆岩层失稳、地表大面积沉降、工作面冲击提供先兆信息，保障煤矿充填工作面高效、安全生产，对煤矿现场充填开采设计及监测具有重要的实践指导意义。

技术特征：

1.一种煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法，其特征在于，步骤s101中，

3.根据权利要求1所述的煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法，其特征在于，步骤s102中，

4.根据权利要求1所述的煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法，其特征在于，步骤s103中，

5.根据权利要求1所述的煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法，其特征在于，步骤s104中，

6.根据权利要求5所述的煤矿充填工作面充填体劣化可能性评估，其特征在于，所述对所述目标充填工作面充填体劣化进行评估，包括：

7.根据权利要求1所述的煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价系统，其特征在于，包括：

技术总结本申请涉及煤矿安全技术领域，提供了一种煤矿充填工作面充填体劣化可能性评价方法及系统。该方法中，基于目标充填工作面充填体力学参数，确定充填体的极限承载力；基于目标充填工作面上覆煤岩参数及目标充填工作面的布置参数，计算充填体承载静压以及充填体承受的覆岩初次破断等效附加扰动动载；根据目标充填工作面充填体的极限承载力、承载静压和等效附加扰动动载，确定目标充填工作面充填体的承压劣化指数，以对目标充填工作面充填体劣化进行评估，以快速、精准的评价煤矿充填工作面充填体劣化可能性，为目标充填工作面上覆岩层失稳、地表大面积沉降、工作面冲击提供先兆信息，保障煤矿充填工作面高效、安全生产。技术研发人员：朱斯陶,马玉镇,张书培,夏开文,周均忠,刘金海,杨涛,朱权洁,史先锋,曲效成受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4