1.一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)收集待评估的孤岛工作面的相关地质信息;
(2)根据步骤一中收集到的相关地质信息,计算采空区的覆岩演化理论高度Hd,并进行关键层判别,根据关键层破断与否,修正覆岩演化理论高度Hd得到覆岩演化高度,并判定覆岩结构类型;
(3)分别计算出孤岛工作面煤体上方静载荷σj和动载荷σd;
(4)测定煤层的单轴抗压强度Rc;
(5)根据煤层的单轴抗压强度Rc确定煤层临界冲击载荷σb min;
(6)基于静载荷σj和动载荷σd计算出动静组合叠加应力(σj+σd),比较动静组合叠加应力(σj+σd)与煤层临界冲击载荷σb min,判别冲击危险级别,实现孤岛工作面采前冲击危险的预评估。
2.根据权利要求1所述的一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于:所述步骤(1)中的相关地质信息包括:上覆岩层的岩性、上覆岩层的物理力学属性、煤层厚度、两侧采空区的工作面埋深以及工作面长度;所述上覆岩层的物理力学属性包括覆岩厚度、覆岩弹性模量、覆岩碎胀系数、覆岩体积力、覆岩单轴抗压强度和覆岩泊松比。
3.根据权利要求1或2所述的一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于:所述覆岩理论演化高度Hd的计算公式为:
其中:L为采空区的工作面长度;H为采空区的工作面埋深,h为煤层厚度,E为覆岩弹性模量,σc为覆岩单轴抗压强度,ν为覆岩泊松比,b为覆岩碎胀系数、γ为覆岩体积力。
4.根据权利要求2所述的一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于:所述步骤(2)中根据关键层破断与否,修正覆岩演化理论高度Hd得到覆岩演化高度,具体为:①根据收集到的上覆岩层的物理力学属性进行关键层判别;
②结合覆岩演化理论高度Hd确认覆岩演化所涉及的关键层层位和高度;
③若判断出步骤②中得到的所涉及的关键层破断,则覆岩演化高度等于各破断的关键层与其所控制的岩层的高度之和;
④若判断出步骤②中得到的所涉及的关键层未破断,则覆岩演化高度等于最下层关键层的高度。
5.根据权利要求2所述的一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于:所述步骤(2)中根据关键层破断与否,判定覆岩结构类型,具体包括以下步骤:A:根据两侧采空区采动过程中的监测数据,判断主关键层是否破断;
B:当两侧采空区的主关键层均断裂时,判定覆岩结构类型为短臂“T”型结构;
C:当两侧采空区的主关键层均未断裂时,判定覆岩结构类型为长臂“T”型结构;
D:当其中一侧采空区的主关键层断裂、另一侧采空区的主关键层未断裂时,判定覆岩结构类型为非对称“T”型结构。
6.根据权利要求5所述的一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于:所述静载荷σj的表达式为:σj=σg+Δσ1+Δσ2
其中,σg为自重应力;Δσ1、Δσ2分别为两侧采空区上覆岩层传递至孤岛工作面的应力增量;
σg=γH
其中,H为采空区的工作面埋深;γ为覆岩体积力;
其中,α为单侧采空区的岩层移动角,α的取值为α1、α2,α1、α2分别为两侧采空区的岩层移动角,Hd为覆岩演化高度,Δσmax为采空区覆岩所产生的最大应力增量值。
7.根据权利要求2所述的一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于:所述动载荷σd的表达式为:其中,i=2,3,…,n;Hi为第i层破断岩层的破断岩块的厚度,Li为第i层破断岩层的破断岩块的长度;σTi为第i层破断岩层的破断岩块的抗拉强度。
8.根据权利要求1所述的一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于:所述步骤(5)中的根据煤层的单轴抗压强度Rc确定煤层临界冲击载荷σb min,具体为:当Rc>20MPa时,煤体发生冲击矿压破坏的煤层临界冲击载荷σb min为50MPa;
当Rc<16MPa时,煤体发生冲击矿压破坏的煤层临界冲击载荷σb min为70MPa;
当16MPa
9.根据权利要求1所述的一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于,所述步骤(6)中,基于静载荷σj和动载荷σd计算出动静组合叠加应力(σj+σd),比较动静组合叠加应力(σj+σd)与煤层临界冲击载荷σb min,判别冲击危险的级别,具体为:当σj+σd≥σb min时,判定孤岛工作面不可采;
当σj+σd<<σb min时,判定孤岛工作面可安全回采;
当σj+σd≈σb min时,判定孤岛工作面在采取相应的防冲措施后进行开采。
10.根据权利要求9所述的一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法,其特征在于:还包括步骤(7):设定与各冲击危险等级对应的防治对策,具体为:当判定孤岛工作面不可采时,放弃开采;
当判定孤岛工作面可安全回采时,在采掘过程中,加强冲击矿压危险的监测预报;
当判定孤岛工作面在采取相应的防冲措施后进行开采,防冲措施为:采取强度弱化减冲治理措施,消除冲击危险,同时在采掘过程中,加强冲击矿压危险的监测预报。