(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111474652.5 (22)申请日 2021.12.0 6 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114135288 A (43)申请公布日 2022.03.04 (73)专利权人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市大 学路1号中国 矿业大学科研院 (72)发明人 曹安业　胡阳　彭雨杰　刘耀琪　 薛成春　郭文豪　王崧玮　白贤栖　 (74)专利代理 机构 北京东方盛凡知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11562 专利代理师 李娜 (51)Int.Cl. E21C 41/18(2006.01)E21B 43/26(2006.01) E21B 7/18(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/02(2012.01) 审查员 崔焕丽 (54)发明名称 一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸 压参数优化方法 (57)摘要 本发明公开一种冲击地压煤层巷道高压水 射流割缝卸压参数优化方法， 包括以下步骤： 采 集煤层巷道数据， 其中， 所述煤层巷道数据包括 矿井采掘数据、 煤岩层参数和施工区域参数； 基 于所述煤层巷道数据， 构建高压水射流割缝卸压 参数优化模 型； 将所述煤岩巷道数据输入所述高 压水射流割缝卸压参数优化模型， 模拟不同所述 煤层巷道数据下的应力及能量演化特征， 确定高 压水射流割缝卸压效果等级评定综合指数， 获得 适用于煤岩层巷道的最优卸压参数。 本发明将所 涉及的高压水射流卸压参数优化方法更符合矿 井实际情况， 所获得的最优卸压参数准确度更 高， 能对冲击危险性较高区域进行精准卸压， 对 最大限度的保证巷道支护体稳定及卸压效果最 大化具有深刻作用。 权利要求书4页 说明书14页 附图3页 CN 114135288 B 2022.09.13 CN 114135288 B 1.一种冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 采集煤层巷道数据， 其中， 所述煤层巷道数据包括矿井采掘数据、 煤岩层参数和施工区 域参数； 基于所述煤层巷道数据， 构建高压水射 流割缝卸压参数优化模型， 包括： 基于所述矿井采掘数据， 构建矿井三维地质数值模型； 分别构建钻孔间距 ‑割缝半径 理论计算模型、 构建钻孔深度 ‑割缝长度理论计算模型和 缝槽切割间距理论计算模型； 基于所述钻孔间距 ‑割缝半径理论计算模型、 钻孔深度 ‑割缝长度理论计算模型、 缝槽 切割间距理论计算模型和所述矿井三 维地质数值模型， 构建所述高压水射流割缝卸压参数 优化模型； 所述矿井三维地质数值模型包括不同的卸压区域， 对不同所述卸压区域分别进行不同 精细度的网格划分； 将所述煤层巷道数据输入所述高压水射流割缝卸压参数优化模型， 模拟不同所述煤层 巷道数据下 的应力及能量演化特征， 确定高压水射流割 缝卸压效果等级评定综合指数， 获 得适用于 煤岩层巷道的最优卸压参数。 2.根据权利要求1所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法， 其特 征在于， 构建所述钻孔间距 ‑割缝半径理论计算模型包括： 将割缝槽划分为破碎区、 塑性区及弹性区， 其中， 所述割缝槽由高压水射流割缝卸压后 形成； 计算破碎区半径 ， 如式 （1） 所示： 其中， 为割缝槽破碎区半径， 为卸压区的煤体碎胀系数， 为割缝槽半径； 计算塑性区半径 ， 如式 （2） 所示： （2） 其中， 为割缝槽塑性区半径， 为割缝槽破碎区半径， 为煤层水平的垂直应力， 为侧压系数， c为煤体黏聚力， 为煤体内摩擦角， 为环向角度， 为修正系数； 基于所述割缝槽半径 和所述塑性区半径 ， 构建钻孔间距模型， 所述钻孔间距模 型满足式 （3） ： （3） 其中，S为高压水射 流割缝钻孔间距， 为割缝槽半径， 为割缝槽塑性区半径。 3.根据权利要求1所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法， 其特 征在于， 构建所述钻孔深度 ‑割缝长度理论计算模型包括：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114135288 B 2计算高压水射流割缝钻孔深度， 基于所述高压水射流割缝钻孔深度， 计算高压水射流 切割段长度， 所述高压水射 流切割段长度满足式 （10） ： （10） 其中，L为高压水射流切割段长度， H为高压水射流割缝钻孔深度， X0为煤层巷道煤壁至 巷道帮部 煤体极限强度的距离， Lz为巷道支护体区域的长度。 4.根据权利要求3所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法， 其特 征在于， 计算所述高压水射 流割缝钻孔深度包括： 计算巷道围岩应力场如式 （4） 所示： （4） 式中， 假设地层为各向同性且均质， 分别为上覆岩层的容重和泊松比； p、q分别 为巷道所受的铅锤应力及水平应力； 基于所述巷道围岩应力场， 计算矩形 巷道弹性应力场， 如式 （5） 所示： （5） 其中， 及 分别为巷道围岩中的径向、 切向、 垂向及剪切应力； r为扰 动区半径； 为极角， 即所考 察点的扰动区半径与水平轴间的夹角； a为巷道半径； 基于所述矩形 巷道弹性应力场， 计算巷道帮部应力扰动范围， 如式 （7） 所示： （7） 其中， r为巷道帮部应力扰动范围， a为巷道半径， 为修正系数； 基于所述巷道帮部应力扰动范围计算所述高压水射 流割缝钻孔深度。 5.根据权利要求3所述的冲击地压煤层巷道高压水射流割缝卸压参数优化方法， 其特 征在于， 所述计算高压水射 流切割段长度包括： 计算巷道帮部 煤体极限强度， 如式 （8） 所示： （8）权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114135288 B 3