一种倾斜煤层群联合开采冲击危险性评价方法、评价终端及存储介质与流程

本发明属于倾斜煤层开采，尤其涉及一种倾斜煤层群联合开采冲击危险性评价方法、评价终端及存储介质。

背景技术：

1、目前，近距离煤层群、倾斜煤层赋存广泛且储量丰富，但大部分矿井受原开采技术条件限制，上覆煤层开采时往往留设了一定宽度的区段煤柱，并对下伏煤层的开采造成影响，尤其当下伏煤层具有冲击倾向性时，下伏煤层极易因上覆煤层遗留区段煤柱的应力扰动作用，而诱发冲击地压灾害。

2、如何正确地分析倾向煤层群上覆煤层与下伏煤层联合开采的冲击危险性，最大程度降低倾斜煤层群间的相互影响，并有效评价上覆倾斜煤层遗留煤柱对下伏倾斜煤层的冲击危险程度，从而避免冲击地压灾害发生，对提升近距离煤层群、倾斜煤层等复杂条件下的煤炭采出率、保障矿井安全生产具有重要意义。

3、现有技术中，多煤层联合开采复杂条件下冲击煤层冲击地压防治方法及冲击地压监测系统优化方法方面相关性专利包括：多煤层开采矿井冲击地压综合防治方法，一种地面钻井卸压的多煤层冲击矿压防治方法，一种近距离煤层群冲击地压地面防治方法，一种煤层群的冲击地压井下防治方法，一种冲击地压矿井煤层群协同开采布置方法、系统及存储介质，一种煤层群开采矿井采空区内煤柱留设方法和系统，一种煤层、采区或工作面顶板岩层结构的分带评价方法，一种降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，冲击地压与矿震实时监测系统及方法，基于模糊数学和微震监测的冲击地压多参量预警方法，一种煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法，冲击地压微震监测系统布置方法等。

4、而现在工程现场往往依靠工程经验，多采取外错上覆遗留煤柱一定距离开采下伏煤层，或者现场在下伏煤层开采时布置大量卸压钻孔，将下伏煤层开采时的应力集中程度降至最低，从而避免下伏煤层开采时上覆遗留区段煤柱的影响，下伏煤层开采时采取应力、微震监测下伏煤层开采期间的应力集中程度，以达到下伏煤层安全回采的目的。

5、当外错上覆遗留煤柱一段距离后，下伏煤层的区段煤柱留设宽度增加，煤炭资源回收率大大降低；且下伏煤层开采时外错上覆遗留煤柱的距离也依靠人为经验判定，对倾斜煤层群上覆遗留煤柱与下伏煤层冲击危险的认识不清，下伏煤层开采受上覆遗留区段煤柱的应力集中影响不一定能完全避免。

6、同时，下伏煤层开采时布置卸压钻孔的依据不清晰，未能明确下伏煤层开采时需要降低的应力集中程度，且当前应力、微震监测数据准确性差，难以对冲击灾害起到有效预警。

7、因此，亟需提供一种符合工程实际的冲击危险性评价方法，从而准确判定下伏煤层开采的冲击危险区域及冲击危险程度，以避免冲击灾害发生。

技术实现思路

1、本发明提供一种倾斜煤层群联合开采冲击危险性评价方法，方法基于实验数据和理论计算，能够真实地反映煤层开采过程中的应力状态和冲击危险性。

2、方法包括：

3、s101：确定开采现场的目标研究区域，获取目标区域的煤的标准岩样，采用单轴压缩试验分别获得标准煤样破坏时的单轴抗压强度 σc、弹性模量 e和泊松比 v，并计算其峰后软化模量 λ；

4、s102：根据开采现场上覆煤层的埋深 h，计算上覆遗留煤柱上覆岩层的垂直压应力 σ1，其中， σ1= γh；

5、s103：分别计算煤柱内的极限强度 σmax，侧向支承压力峰值沿倾斜方向距煤柱侧帮的距离 xm，以及上覆遗留煤柱沿水平方向距煤柱侧帮的距离 l= xmcos α；

6、s104：根据弹性传播理论，并在扰动应力波自震动源传至煤层时，获取上覆遗留煤柱的侧向支承压力衰减；

7、s105：在进行下伏煤层开采时，解析采场前方超前支承压力 σt；

8、s106：基于下伏煤层开采扰动的超前支承压力 σt和上覆遗留煤柱对下伏煤层的扰动应力叠加作用，获取叠加后的应力为 σ；

9、s107：根据煤体的扰动失稳判别准则，获取冲击地压的临界应力 σcr；

10、s108：根据下伏煤层开采过程中叠加应力的大小及与冲击地压临界应力的关系，判定下伏煤层开采的冲击风险。

11、进一步需要说明的是，步骤s101中，采用三轴压缩试验获得任一围压及目标区域围压分别为 σ30、 σ31两种情况下煤的三轴抗压强度 σ10、 σ11，并通过下述方式计算围压对抗压强度的影响系数 k；

12、 k=( σ11- σ10)/( σ31- σ30)；

13、基于 φ=arcsin[( k-1)/( k+1)]和 c= σc(1-sin φ)/(2cos φ)得到煤样的内摩擦角 φ和内聚力 c。

14、进一步需要说明的是，步骤s102中根据下述公式计算煤层内水平应力 σ3；

15、；

16、定义上覆煤层的厚度为 m，煤柱侧帮的支护阻力为 p，根据下述公式计算沿煤层倾斜方向距煤柱侧帮不同距离 x处的侧向支承压力 σz；

17、。

18、进一步需要说明的是，步骤s103中采用下述公式计算煤柱内的极限强度 σmax：

19、；

20、式中， ηc为煤的流变系数。

21、进一步需要说明的是，步骤s104还包括：

22、步骤4：上覆遗留煤柱的侧向支承压力 σzs衰减的计算方式为

23、 σzs= σz· e-ηl；

24、式中： l为上覆遗留煤柱内侧向支承压力的扰动影响距离； η为应力衰减指数， v为煤岩的泊松比。

25、进一步需要说明的是，步骤s105中的超前支承压力 σt计算方式为：

26、；

27、式中， xa为采场前方内任一点到煤壁的距离； τ0为煤体的剪切强度。

28、进一步需要说明的是，步骤s106中的叠加后的应力 σ计算方式为：

29、 σ= σzs+ σt。

30、进一步需要说明的是，步骤s107中的冲击地压的临界应力 σcr计算方式为：

31、；

32、式中， k== λ/e， e为弹性模量。

33、根据本技术的另一个实施例，提供了一种评价终端，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现倾斜煤层群联合开采冲击危险性评价方法的步骤。

34、根据本技术的又一个实施例，还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现倾斜煤层群联合开采冲击危险性评价方法的步骤。

35、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

36、本技术提供的倾斜煤层群联合开采冲击危险性评价方法通过配置煤样的力学性能测试，如单轴抗压强度、弹性模量、泊松比及峰后软化模量，结合岩层压应力的计算以及煤柱内极限强度及支承压力分布的解析等，确保评价结果的科学性和准确性。方法基于实验数据和理论计算，能够真实地反映煤层开采过程中的应力状态和冲击危险性。

37、本技术的方法不仅考虑了上覆遗留煤柱对下伏煤层的静态压力影响（如垂直压应力和侧向支承压力），还考虑了开采扰动产生的动态应力波传播和衰减效应，以及这些应力与下伏煤层开采超前支承压力的叠加作用。这样可以全面的分析能够更准确地评估倾斜煤层群联合开采时的整体应力状态和冲击风险。

38、本技术通过预测和评估下伏煤层开采过程中的冲击风险，该方法为煤矿安全生产提供了重要的预警信息。煤矿企业可以根据评估结果提前采取预防措施，如优化开采设计、加强支护强度、实施监测预警系统等，从而有效降低冲击地压灾害的发生概率和危害程度。而且方法为倾斜煤层群联合开采提供了科学的冲击危险性评价方法，对指导煤矿安全生产、提高开采效率和经济效益具有重要意义。还通过不断的研究和实践，可以进一步完善和优化该方法，提高评估的准确性和可靠性，为煤矿安全生产提供更加有力的技术支撑。