1.一种双巷布置系统巷道底鼓机理的揭示方法,其特征在于,具体包括以下步骤:S1、巷道变形量和煤柱内应力特征分析:测量并记录在工作面回采过程中,巷道的顶板下沉量、底板鼓起量、煤柱帮变形量、实体煤帮变形量,测量不同位置煤柱内应力大小;
S2、构建双巷布置系统的FLAC全局数值计算模型,匹配现场情况确定材料性质、边界条件和初始地应力条件;全局数值计算模型中的岩层顺序、工作面及巷道位置关系应与现场保持一致,采用反演试错法校正煤柱材料的应变软化特性和采空区材料应变硬化的双屈服模型,开挖工作面进行全局参数校正,确保模型的准确性;
具体方法为:将煤柱建模为一种非线性应变软化材料,将粘聚力和摩擦软化作为塑性应变的函数,采用反复试验的方法确定输入参数,将煤柱模型的峰值强度与煤柱强度公式的计算结果相匹配,使模型结果与实验强度之间达成合理的一致;采用反演试错方法,确定双屈服模型中材料参数,将数值模型得到的应力‑应变曲线与方程(1)拟合,进而确定冒落矸石的材料特性;
式中:σ为施加在材料上的单轴应力,ε为施加应力下的应变,E0为初始剪切模量,εm为采空区材料的最大应变;
S3、反演不同采动应力状态下煤柱水平位移、煤柱内垂直应力、主应力方向与底鼓的变化关系;使用全局数值计算模型模拟不同采动应力状态下煤柱内水平位移、煤柱内垂直应力、主应力方向的变化,记录并对比不同阶段零水平位移点位置的变化,记录底鼓与煤柱内垂直应力的变化关系,记录煤柱内主应力方向的偏转量;
S4、揭示双巷布置系统的底鼓机理;对比分析不同阶段煤柱内零水平位移点的偏移量、底鼓位置与垂直应力峰值位置偏移、主应力方向的角度的偏移量,揭示双巷布置系统的底鼓机理;
S5、切断水平推力和提高煤柱承载能力两项控制措施治理底鼓大变形;基于步骤S4中确定的底鼓机理,提出聚能预裂爆破切断顶板水平推力和对拉锚索提高煤柱承载能力两项控制措施治理底鼓大变形。
2.如权利要求1所述的一种双巷布置系统巷道底鼓机理的揭示方法,其特征在于,步骤S1中,在工作面前方的巷道内布置表面位移观测站和钻孔应力测站,通过表面位移观测站来进行测量巷道的顶板下沉量、底板鼓起量、煤柱帮变形量、实体煤帮变形量,使用钻孔应力测站内的钻孔应力计测量不同位置煤柱内应力大小。
3.如权利要求1所述的一种双巷布置系统巷道底鼓机理的揭示方法,其特征在于,步骤S1中,在工作面前方的巷道内布置钻孔应力测站,钻孔应力计选用YHY60(Ⅱ),测量范围为
0‑60MPa,精度为1.0%FS,双巷布置系统包括记录监测装置、红外数据采集传输装置、数据通信适配器以及数据处理软件四部分,利用数据通信适配器将应力数据导入数据处理软件进行数据通信,最后,利用计算机快速处理并绘制不同位置内垂直应力变化规律图。
4.如权利要求1所述的一种双巷布置系统巷道底鼓机理的揭示方法,其特征在于,步骤S3中,实时记录不同采动应力条件下煤柱内不同高度上的水平位移的变化、煤柱内垂直应力的变化、煤柱内主应力方向的变化以及对应的底鼓位置和底鼓量,绘制煤柱内不同高度上的水平位移变化曲线、煤柱内垂直应力峰值位置与底鼓位置和底鼓量的关系图以及煤柱内主应力方向的角度变化图,实现双巷布置系统底鼓机理的准确揭示。