(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210876397.5 (22)申请日 2022.07.25 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市大 学路1号中国 矿业大学南湖校区 (72)发明人 闫浩　张吉雄　马丹　张羽者　 许健飞　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 李悦声 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) E21F 15/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆时机确定 方法 (57)摘要 本发明公开了一种煤矿开采嗣后空间矸石 注浆时机确定方法， 属于矿井充填技术领域。 首 先开展矿井注 浆区域岩层钻孔取样， 并测定其物 理力学参数， 然后基于上述参数应用离散元模拟 软件建立嗣后空间空隙演化模型， 研究嗣后空间 发育衰减规律， 计算出注浆时机T1， 再分析试验 区域相邻工作面地表变形实测数据， 研究其关键 层破断规律， 基于此确定嗣后空间注浆时机T2； 综合考虑上述两个注浆时机， 确定该煤矿最佳的 嗣后空间注 浆时机。 该方法为煤矿开采嗣后空间 注浆充填时机研究提供参考， 确保注浆效果良 好， 进一步丰富了注浆充填理论， 使得嗣后空间 矸石注浆充填技术实践应用性 以及可推广性更 强。 权利要求书2页 说明书3页 附图1页 CN 115203852 A 2022.10.18 CN 115203852 A 1.一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆时机确定方法， 其特征在于： 利用计算机建立嗣后 空间空隙演化模型， 模拟嗣后空间发育衰减规律， 确定注浆时机T1； 再分析试验区域相邻工 作面地表变形实测数据， 研究其关键层破断规律， 基于此确定嗣后空间注浆时机T2； 综合考 虑上述两个注浆时机， 确定出该煤矿最佳的嗣后空间注浆时机T， 防止注浆作业对采空 区造 成二次影响； 具体步骤如下： 步骤1)基于实验室单轴压缩、 拉伸、 剪切试验测试矸石注浆区域煤岩物 理力学特性， 得 到矸石注浆区域煤岩的物理力学参数； 步骤2)根据 试验测得的煤岩物 理力学参数， 结合工作面开采高度、 工作面尺寸、 岩性结 构、 煤层埋藏深度信息， 利用离散元数值模拟软件构建基于离散元 的嗣后空间空隙时空演 化模型， 通过模拟节理岩石或离散块体岩石在准静载或动载条件下 的力学行为， 模拟出煤 层开采完成后顶板垮落出现空隙的力学行为， 随着开采长度的增加获得整个嗣后空间空隙 的分布及演化 规律； 步骤3)识别嗣后空间空隙的分布及空隙率的演化规律数据， 根据不同的参数： 开采高 度、 工作面尺寸、 工作面区域、 模拟步数获得对应的嗣后空间空隙率数据， 然后将嗣后空间 空隙率数据转化成对应嗣后空间空隙率演化曲线， 根据嗣后空间空隙率演化曲线判断该嗣 后空间的空隙衰减规 律， 从而确定该参数 下的嗣后空间的注浆时机范围T1； 步骤4)结合实际矿井的实测数据， 分析矿井试验区域临近工作面地表变形特征， 分析 煤层采动关键层破断时间， 即发现地表大幅度下沉则表示关键层破断， 基于关键层破断规 律， 确定嗣后空间注浆时机范围T2； 步骤5)综合考虑通过计算机模拟的嗣后空间空隙时空演化模型最终确定的注浆时机 范围T1与矿井实测数据确定出来的嗣后空间注浆时机范围T2， 确定最终的注浆时机T； 步骤6)对试验区域工作面实际注浆过程中， 实时监测注浆压力、 注浆流量、 地表变形数 据， 判断该注浆时机T是否正确， 并基于反馈予以修 正。 2.根据权利要求1所述的一种煤矿开采 嗣后空间矸石注浆 时机确定方法， 其特征在于， 所述步骤1)中， 煤岩物理力学参数包括密度ρ、 体积模量K、 剪切模量G、 抗拉强度Rm、 内聚力 c、 内摩擦角 3.根据权利要求1所述的一种煤矿开采 嗣后空间矸石注浆 时机确定方法， 其特征在于， 所述步骤2)中， 嗣后空间空隙率的分析步骤为： 步骤21)首 先在嗣后空间空隙时空演化模型的演化结果图像中截取目标区域图像； 步骤22)将目标 区域图像导入图像分析处理软件， 调整比例尺， 并框选所要计算的总体 区域， 软件自动识别或人工 选择空隙面积， 自动计算空隙率并输出 结果； 步骤23)基于上步骤所得一系列空隙率数据， 利用Origin软件作图可得嗣后空间空隙 率的时空演化 规律， 即嗣后空间发育 衰减规律。 4.根据权利要求1所述的一种煤矿开采 嗣后空间矸石注浆 时机确定方法， 其特征在于， 所述步骤3)中， 基于空隙率分布时空演化规律确定注浆时机范围T1的原则为空隙率越大， 越适合嗣后空间矸石注浆。 5.根据权利要求1所述的一种煤矿开采 嗣后空间矸石注浆 时机确定方法， 其特征在于， 所述步骤4)中， 基于关键层破断规律确定注浆时机范围T2的原则为关键层未破断、 地表下权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203852 A 2沉值小且稳定时适 合嗣后空间矸石注浆。 6.根据权利要求1所述的一种煤矿开采 嗣后空间矸石注浆 时机确定方法， 其特征在于， 所述步骤 5)中， 最终确定的注浆时机T为 范围T1与范围T2的交汇区域， 若无交汇区域， 最终注 浆时机T的选择以T1为准。 7.根据权利要求1所述的一种煤矿开采 嗣后空间矸石注浆 时机确定方法， 其特征在于， 所述步骤6)中， 监测注浆相关数据， 若注 浆量远小于注 浆设计值， 则重新对嗣后空间打钻取 样， 测试取样的空隙率， 对照步骤3)所得嗣后空间空隙时空演化曲线， 重新调整嗣后空间注 浆时机范围T1， 以便确定该注浆区域的最佳注浆时机T； 根据地表布置的测点或多测点组成 的测线监测地表变形量， 若地表变形量出现大幅度增大则表明关键层开始破断， 注浆时机 不合理， 需加大注浆 量压实采空区、 防止关键层继续破断。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203852 A 3