1.一种综放开采巷道围岩变形阶段划分及确定方法,包括巷道围岩变形阶段划分和变形阶段确定两部分,其特征在于:包括以下步骤:步骤1、巷道围岩变形阶段的划分,具体方法为:
由于超前支承压力的影响,将工作面前方的区域划分为弹性区和塑性区;
以超前支承压力峰值位置x0为边界,在工作面前方x0以外的范围为弹性变形区,在0~x0为塑性变形区,在塑性区内以超前支承压力曲线与原岩应力线交叉处为分界,又分为破坏区和极限平衡区;
在破坏区内煤岩层已经失去了完整性,承载能力很差,所以会造成巷道围岩变形量非常大,而且变形速度快,因此,将此阶段称为巷道围岩急速变形阶段;在极限平衡区内煤岩层虽然发生了塑性变形,但其还是处于一个非连续排列的整体,完整性和承载能力要明显优于破坏区,此区域的巷道变形量逐渐减小,变形速度放缓,因此,将此阶段称为巷道围岩减速变形阶段;破坏区和极限平衡区统称为塑性区,塑性区的巷道变形量大,统称为大变形阶段;
在弹性变形区内煤岩层状态完好,岩层具有很好的承载能力,由于该阶段巷道受到的力大于原岩应力,巷道变形必然大于原岩应力状态下的巷道变形,但巷道变形量小,将此阶段称为稳定小变形阶段;
步骤2、巷道围岩变形阶段的确定,具体方法为:
步骤2.1、在工作面布置观测站,观测超前支承压力;
步骤2.2、监测及整理超前支承压力数据;
步骤2.3、根据监测整理的超前支承压力数据确定巷道围岩变形阶段;
所述超前支承压力峰值位置x0的确定方法为:
所述塑性区内任意位置水平方向和垂直方向上的应力平衡方程为:mσx+2fσydx-m(σx+dσy)=0 (1)其中,m为工作面采厚;f为摩擦系数;σx为工作面前方煤体单元的水平方向应力;σy为工作面前方煤体单元的垂直方向应力;dx为工作面前方煤体单元沿水平方向的位移;
采用摩尔-库伦准则对公式(1)进行整理,得到:
其中,C为煤体的内聚力,ψ为煤体的内摩擦角;
令:
将塑性区的垂直应力表达式化简为:
其中,N0为煤壁处的支承能力,N0≤σy≤kγH;k为超前应力集中系数;x为与工作面煤壁的距离;H为采深;γ为超前支承压力的应力集中系数;
当σy=kγH时,超前支承压力达到峰值,此时的峰值位置与煤壁间的距离为x0,表示为:其中,σ为支架对煤帮的阻力;
工作面前方超前支承压力的峰值出现在x0的位置;
所述步骤2.1的具体方法为:
一、观测站布置的距离要超前工作面前方100m以上;二、至少布置四组观测站,一个测站两个测点,一个测点在运输巷道,一个测点在回风巷道,同一测站的两个测点钻孔深度相同;三、每组测点的钻孔深度都在3m以上,且各组测点深度不相同;四、每个钻孔布置一个测力计;
所述步骤2.2的具体方法为:
一、当测点距离工作面50m以外时,每隔2天观测一次,50m~30m时需每天观测一次,30m以内时每天早班和中班分别观测一次;二、在记录应力数据的同时每次都记录测点与工作面之间的距离;
所述步骤2.3的具体方法为:
步骤2.3.1、采用最小二乘拟合方法对监测的超前支承压力数据进行分析,以测点与工作面间的距离为横坐标,以测点监测的超前压力为纵坐标,绘制出曲线;
步骤2.3.2、在绘制的曲线图中再绘制出原岩应力的直线,则超前支承压力曲线与原岩应力线的交点为急速变形阶段和减速变形阶段的分界;
步骤2.3.3、急速变形阶段和减速变形阶段共同构成了大变形阶段,大变形阶段和稳定小变形阶段的分界为超前支承压力峰值位置。