一种多参量影响下沿空留巷稳定性关键参数的确定方法

摘要

本发明公开一种多参量影响下沿空留巷稳定性关键参数的确定方法，包括以下步骤：S1、对影响稳定性关键参数的多个参量建立正交试验；S2、计算得到不同参量条件下，沿空留巷顶板下沉量、两帮移进量、充填体最大应力的评价指标值；S3、利用权重分析法得到各参量对沿空留巷稳定性的影响程度大小；S4、采用灰色关联度与组合权重法对沿空留巷稳定性进行协调控制，最后得到沿空留巷稳定性的最优关键参数。本发明能够将多参量协调变化时，综合定量确定沿空留巷稳定性关键参数，具有重要的现实意义和广泛的推广应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多参量影响下沿空留巷稳定性关键参数的确定方法，属于采矿技术领域。

背景技术

沿空留巷是在采空区边缘“低压区”，利用人工建造的充填体支撑顶板，将上工作面一条平巷保留，供下一接替面使用，做到少掘巷道，缩短接替面准备时间，实现无煤柱回采的技术手段。同时利用沿空留巷技术能够很好的解决上隅角瓦斯积聚，避免出现瓦斯超限的问题。沿空留巷关键参数设计是沿空留巷技术在现场应用过程中一个非常重要的环节。

早期沿空留巷技术研究主要是针对充填体支护阻力、宽度等单因素对沿空留巷稳定性影响，且往往将充填体假设为独立的存在，并未综合考虑留巷宽度、留巷支护强度、顶板强度等因素对沿空留巷空间结构稳定性的影响。

现有沿空留巷技术虽然研究了沿空留巷直接顶强度、煤体强度、巷旁支护体强度、巷内支护阻力、关键块给定载荷、直接顶容重、顶煤容重、关键快破断位置、巷旁支护体宽度、巷道宽度、直接顶厚度、采高和顶煤厚度等不同因素对综放面沿空留巷空间结构的影响，但都是在单一变量法的基础上进行的规律性研究，并未涉及在实际矿井条件下，如顶板强度、厚度等无法改变时，留巷空间稳定性人为可控关键参数的定量确定。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种多参量影响下沿空留巷稳定性关键参数的确定方法。

为了实现上述目的，本发明采用的一种多参量影响下沿空留巷稳定性关键参数的确定方法，包括以下步骤：

S1、对影响稳定性关键参数的多个参量建立正交试验；

S2、计算得到不同参量条件下，沿空留巷顶板下沉量、两帮移进量、充填体最大应力的评价指标值；

S3、利用权重分析法得到各参量对沿空留巷稳定性的影响程度大小；

S4、采用灰色关联度与组合权重法对沿空留巷稳定性进行协调控制，最后得到沿空留巷稳定性的最优关键参数。

作为改进，所述步骤S1中的多个参量包括充填体宽度、留巷宽度、采高、留巷顶板支护强度和充填体强度。

作为改进，所述步骤S4具体包括：关联度的计算、各评价指标进行归一化处理、设置参考指标矩阵、关联系数、权重计算、将主观权重和客观权重进行组合、求得各因素各水平的平均关联度。

与现有技术相比，本发明能够将多参量协调变化时，综合定量确定沿空留巷稳定性关键参数，具有重要的现实意义和广泛的推广应用前景。

附图说明

图1为本发明的多参量协调控制沿空留巷稳定性的原理图

图2为本发明实施例1中关键参数合理取值范围图；

图3为本发明实施例1中正交试验结果图；

图4为本发明实施例1中多因素在各指标下的极差图；

图5为本发明实施例1中各因素对顶板下沉量影响程度图；

图6为本发明实施例1中各因素对两帮移进量影响程度图；

图7为本发明实施例1中各因素对充填体最大应力影响程度图；

图8为本发明实施例1中指标层的灰色关联系数图；

图9为本发明实施例1中指标层的灰色关联度图；

图10为本发明实施例1中影响因素对指标层的平均关联度图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

以某矿为例。矿井2308工作面地面标高+922～+964m，井下标高为+532～+592m，工作面宽度为238m，工作面设计推进长度400m。工作面所在煤层平均厚度为6.37m，煤层层理明显，节理、裂隙较发育，煤层倾角1～4°，普氏硬度f＝0.9，容重为1.36t/m

工作面直接顶为厚度2.7m泥岩，基本顶为厚度2.5m细砂岩，再往上依次为厚度3.3m泥岩、厚度6.6m细砂岩、厚度4.1m砂质泥岩、厚度1.8m细砂岩、厚度1.7m泥岩、厚度2.2m细砂岩、厚度3.0m泥岩。

根据该煤矿的具体情况，结合图1所示，利用本发明方法进行沿空留巷稳定性关键参数的确定，包括：

S1、首先以充填体宽度、留巷宽度、采高、留巷顶板支护强度、充填体强度五个沿空留巷稳定性关键参数建立L

S2、利用Flac3D软件，模拟不同参量条件下，沿空留巷顶板下沉量、两帮移进量、充填体最大应力三个沿空留巷稳定性评价指标值，如图4所示；

S3、利用权重分析法得到各参量对沿空留巷稳定性的影响程度大小：

对于顶板下沉量，其因素影响程度大小为：充填体宽度＞留巷宽度＞采高＞充填体强度＞留巷顶板支护强度；

对于两帮移进量，其因素影响程度大小为：留巷宽度＞充填体宽度＞采高＞充填体强度＞留巷顶板支护强度；

对于充填体最大应力，其因素影响程度大小为：充填体宽度＞留巷宽度＞采高＞留巷顶板支护强度＞充填体强度，具体如图5、图6、图7所示；

S4、采用灰色关联度与组合权重法对沿空留巷稳定性进行协调控制，最后得到沿空留巷稳定性的最优关键参数；其中，

S41、关联度的计算按照下述公式求解

将评价指标的结果矩阵化，矩阵公式如：

式中：m为评价指标个数；n为试验方案个数；

S42、按照均值法，各评价指标进行归一化处理

式中：i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；

S43、设置参考指标矩阵

构建理想的参考指标矩阵(通常为各指标中的最大值)，记为：

S

式中：S

S44、关联系数

将理想方案作为参考序列，各个评价指标值作为比较序列，按式(4)求得各指标对应的关联系数，如图8所示：

S45、权重计算

按照熵值法计算求得各指标的客观赋值权重：

对指标矩阵X归一化处理：

各指标的信息熵：

熵值法权重：

依据上述公式，求得顶板下沉量、两帮移进量、充填体最大应力的客观赋值权重分别为0.3397、0.3255和0.3347；

考虑到沿空留巷空间“小”结构稳定性控制成本，同时保证空间“小”结构的安全性，取顶板下沉量、两帮移进量和充填体最大应力主观赋值权重ω″

S46、将主观权重和客观权重进行组合

式中：ω′

结合上述公式，求得顶板下沉量、两帮移进量和充填体最大应力的组合权重为0.4574、0.2922和0.2504；再目标关联系数和求得的组合权重，求得灰色关联度矩阵，如图9所示。

S47、按照平均求和的方法，求得各因素各水平的平均关联度，如图10所列；

图10表示充填体宽度、留巷宽度、采高、留巷顶板支护强度、充填体强度参数对指标综合影响程度。当充填体宽度为2m时，关联度最大为3.0598，为留巷空间“小”结构稳定性最优解。其他参数同理。

综上所述，按照关联度得出的沿空留巷空间“小”结构稳定性最佳方案为充填体宽度为2m、留巷宽度为5m、采高为3m、留巷顶板支护强度为0.8Mpa、充填体强度为3Mpa。

现场应用，对2308工作面顶底板位移量、两帮移进量及锚索支护应力进行监测，结果表明2308工作面巷道断面收缩率低，锚索受到的应力小，留巷效果好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。