一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法
【技術領域】：
[0001] 本發明涉及一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，屬于礦井火災防治領 域。 技術背景：
[0002] 隨著我國能源結構的調整及采礦技術的不斷發展，新的生產工藝及技術給礦井帶 來較大經濟效益，同時也使得礦井災害防治面臨著新的挑戰。聯巷密閉墻是相鄰兩工作面 重要的通風設施，也是確保臨近工作面的安全生產的重要屏障。傳統聯巷密閉墻的構筑的 位置和厚度選擇不當，極易導致密閉墻壓裂、垮塌，產生大量漏風裂隙，在礦井原有的負壓 通風作用下產生漏風通道，容易引起相鄰兩工作面煤自然發火。
[0003] 此外，在礦山壓力及工作面開采動壓影響下，容易造成聯巷密閉應力集中，同樣會 產生漏風通道。因此采用一種合適的數值模擬方法對于現實實際相似條件下聯巷密閉墻的 厚度和位置展開數值模擬具有重要的意義。
[0004] 結合國內外研究現狀，針對煤礦井下聯絡巷密閉墻的合理位置和厚度方面研究相 對較少，目前，針對密閉墻在鄰近工作面采動影響下的變形破壞情況進行數值模擬的研究 沒有相關進展，因此具有創新意義，并對煤礦生產中煤自燃防治及井下通風工程具有重大 的指導意義。
【發明內容】
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[0005] 本發明的目的在于針對國內外煤礦井下聯巷密閉構筑中面臨的難題和技術的不 足，提供一種基于物理實驗與數值模擬相結合的礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法。
[0006] -種基于物理實驗與數值模擬相結合的礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法， 其特征在于，它包括以下步驟：
[0007] (1)利用正交法確定密閉充填材料的最佳配比；
[0008] (2)根據步驟（1)的配比，采用單軸、三軸壓縮試驗確定巖體及充填材料的力學參 數；
[0009] (3)結合步驟(2)力學參數，依據理論推導及力學分析初步估算聯巷密閉墻構筑的 可能工況；
[0010] (4)根據實際工作面地質概況，建立三維采場數值模型并設定邊界條件和初始條 件，定義相應的材料力學參數；
[0011] (5)對步驟(4)所建立的力學模型進行初始平衡狀態求解計算；
[0012] (6)進行煤層開挖工作；
[0013] (7)對步驟(6)所建立的力學模型進行初始平衡狀態求解計算；
[0014] (8)進行回風巷、聯絡巷開挖工作；
[0015] (9)對步驟(8)所建立的力學模型進行初始平衡狀態求解計算；
[0016] (10)依照步驟(3)中的可能工況進行模擬計算；
[0017] (11)對步驟(10)所建立的力學模型進行初始平衡狀態求解計算；
[0018] 2.根據權利要求1所述的一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，其特征在 于，在步驟(1)中填充材料選取水、粉煤灰為基料，水玻璃、熟石灰組合為固化劑。
[0019] 3.根據權利要求1所述的一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，其特征在 于，基于步驟(1)的最佳配比，采用彈性抗壓試模確定力學參數;現場采集各巖層試樣，進行 單軸三軸試驗，確定巖體力學參數。
[0020] 4.根據權利要求1所述的一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，其特征在 于，依據抗剪強度與厚度關系、最大剪應力與厚度關系、彎矩與厚度關系結合FLAC 3D軟件進 行聯巷開挖模擬后得到聯絡巷頂板上方0.5處承壓力的分布規律及頂板沉降規律，得到密 閉墻初步修建工況。
[0021] 5.根據權利要求1所述的一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，其特征在 于，所述三維力學模型包括工作面和回采工作面，工作面沿傾向方向依次為巷道煤柱，上順 槽;回采工作面，下順槽，巷道煤柱。
[0022] 6.根據權利要求1所述的一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，其特征在 于，在步驟(4)中，所述建立數值模擬力學模型包括以下步驟：
[0023] S41通過ANSYS軟件建立三維幾何模型并劃分計算網格;采用插件ANSYS-to-flac 3d將網格文件導入FLAC 3D軟件中；
[0024] S42選取力學材料模型為FLAC3D中莫爾一庫侖Mohr-Coulomb屈服準則判斷巖體的 破壞：
[0025]
[0026] 其中，σ:、σ3分別是最大和最小主應力，c，分別是粘結力和摩擦角。
[0027] S43確定摩爾一庫倫本構模型所選的材料參數:彈性模量，Κ;內聚力，c;內摩擦角， 釣抗拉強度，σι;泊松比；調整與數值模擬的材料參數一致。
[0028] S44加載及設置邊界條件和初始條件。
[0029] 7.根據權利要求1所述的一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，其特征在 于，在步驟(5)中，所述的力學模型的初始平衡狀態求解計算包括設置監控變量、求解和結 果分析三個步驟，具體如下：
[0030] S51由FLAC3D程序采用顯式有限差分計算方法進行迭代計算；
[0031] S52模型初始化平衡狀態下由用顯式的時間步動態求解；
[0032] S53在FLAC3D程序中保存初始平衡狀態下的力學模型，得到垂直應力分布剖面圖。
[0033] 8.根據權利要求1所述的一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，其特征在 于，在步驟(6)中，所述的煤層開挖工作包括進行煤層開挖和對開挖的模型求解；
[0034] S61設置模型開挖煤層，從模型右距離鄰近工作面停采線100m處開始回采，每次推 進10m，共采6步，推進60m;
[0035] S62在開挖前，先將由步驟(3)求解所得的模型的初始平衡狀態進行保存；
[0036] S63進行開挖模型的求解計算，是由FLAC3D程序采用顯式有限差分計算方法進行迭 代計算，用監控參數最大不平衡力對求解過程進行監測，達到收斂條件終止計算，并對開挖 每一步的模型求解狀態進行保存，得到每一步開挖的水平應力和垂直應力分布剖面圖以及 模型的塑性破壞區域圖。
[0037] 9.根據權利要求1所述的一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，其特征在 于，在步驟(8)中，需要在建立的三維采場數值模型煤層開挖工作面進風巷和回風巷均為矩 形巷道和聯絡巷為矩形巷道。
[0038] 附圖：
[0039]圖1本發明方法流程圖。
[0040] 圖2正交法確定充填材料最佳配比圖。
[0041] 圖3采場平面地質模型概念圖。
[0042]圖4三維采場數值模型。
[0043] 圖5工作面煤層開挖、回風巷、聯絡巷開挖平面圖。
[0044] 圖6密閉墻構筑數值模型。
[0045]圖7(a)不同工況下密閉墻最大垂直應力模擬結果圖；
[0046] 圖7(b)不同工況下密閉墻最大垂直位移模擬結果圖；
[0047] 圖7(c)不同工況下密閉墻破壞類型模擬結果圖；
[0048] 圖7(d)不同工況下密閉墻破壞體積模擬結果圖；
[0049] 圖7(e)不同工況下密閉墻破壞總體比例模擬結果圖；
[0050] 具體實施工況：
[0051] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步描述：
[0052] 一種礦井工作面聯巷密閉特性參數確定方法，本發明以山西某煤礦煤8#煤層開采 對鄰近工作面開采的影響為例，如圖1，本發明不僅限于該煤礦，具體按照以下步驟實施：
[0053] 1.確定密閉充填材料最佳配比：
[0054] 選取水、粉煤灰為基料，水玻璃、熟石灰組合為固化劑，各因素及水平見下表1。采 用正交法測定混合漿液的流動度、初終凝時間及固化體的抗壓強度，通過直觀分析和方差 分析確定影響配比材料的主要因素，結合井下實際情況確定密閉