[发明专利]一种煤矿冲击地压巷道防冲钻孔参数的确定方法

权利要求书

1.一种煤矿冲击地压巷道防冲钻孔参数的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获取待防冲钻孔施工巷道围岩中煤体的岩石力学参数；

步骤2：计算待防冲钻孔施工巷道冲击地压启动的围岩临界软化深度L_pcr、临界地应力P_cr及围岩应力集中区的临界采动峰值应力P_mcr；

步骤3：获取待防冲钻孔施工巷道围岩中煤体的采动峰值应力P_m，并优化巷道冲击地压启动的围岩应力集中区的临界采动峰值应力P_mcr，计算待防冲钻孔施工巷道的临界采动应力指数K_cr；

其中，P_mcr^*为优化的待防冲钻孔施工巷道冲击地压启动的围岩应力集中区的临界采动峰值应力；

步骤4：确定钻孔冲击发生的临界条件；

计算钻孔冲击发生的临界破碎区半径r_dcr、临界塑性软化区半径r_pcr和临界环境应力P_hcr；

步骤5：确定钻孔冲击发生与巷道冲击地压启动的临界条件的关系；

步骤6：根据巷道冲击地压启动的围岩临界软化深度L_pcr、钻孔冲击发生的临界塑性软化区半径r_pcr和临界采动应力指数K_cr，量化确定防冲钻孔的钻孔直径、钻孔深度L_drill和钻孔间距D_drill；

步骤1所述岩石力学参数包括单轴抗压强度σ_c、弹性模量E、冲击模量指数K＝λ₁/E、残余降模量λ₂和残余强度系数ξ；其中，λ₁为峰后软化模量；

所述步骤4计算的钻孔冲击发生的临界破碎区半径r_dcr、临界塑性软化区半径r_pcr和临界环境应力P_hcr，如下公式所示：

其中，为钻孔冲击发生时围岩破碎区对塑性软化区的作用应力，为巷道围岩塑性软化区的煤岩介质内摩擦角，为巷道围岩破碎区的煤岩介质内摩擦角，r₀为钻孔半径或钻头切削半径；

步骤6所述钻孔直径根据冲击地压巷道防冲钻孔的布置方式及矿方自身条件确定；

所述钻孔深度L_drill基于巷道冲击地压启动的围岩临界软化深度L_pcr确定，如下公式所示：

L_drill＝η_dη_LL_pcr (6)

其中，η_d为煤层厚度修正系数，当煤层厚度大于0m小于4m时，η_d的取值范围为0.8≤η_d≤0.9，当煤层厚度在4～8m时，η_d的取值范围为0.9η_d≤1.0，当煤层厚度大于8m时，η_d的取值范围为1.0η_d≤1.2；η_L为钻孔深度上的防冲安全系数；η_L有两种确定方法，一种为根据冲击危险性评价的临界采动应力指数K_cr确定，即η_L＝0.85+0.5K_cr；另一种方法为，根据冲击危险性评价的综合指数法得到的冲击危险性等级确定；

所述钻孔间距D_drill基于钻孔冲击发生的临界塑性软化区半径r_pcr确定，如下公式所示：

D_drill＝2η_pcrr_pcr (7)

将式(3)与式(7)联立，进一步得：

其中，η_pcr为防冲钻孔间距上的防冲安全系数，d为防冲钻孔施工钻头直径，d＝2r₀；η_pcr有两种确定方法，一种为根据冲击危险性评价的临界应力指数法确定，即η_pcr＝2.325-1.75K_cr；另一种方法为，根据综合指数法冲击危险性评价方法得到的冲击危险性等级确定。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿冲击地压巷道防冲钻孔参数的确定方法，其特征在于：所述步骤5确定钻孔冲击发生与巷道冲击地压启动的临界条件的关系，满足以下关系式：

P_mcr^*P_crP_hcr (5)。