本發(fā)明屬于特厚煤層定向預裂模擬，具體涉及基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法。

背景技術：

1、特厚煤層是指厚度超過6米的煤層，由于其厚度較大，在開采過程中巷道圍巖承受較大的應力，容易發(fā)生變形、坍塌等問題，因此傳統(tǒng)采煤方法難以實現全厚度開采，導致部分煤炭資源無法有效回收，資源浪費問題突出。在這種情況下綜放開采應運而生，通過在工作面底部設置支架，逐步放落頂煤，實現全厚度開采，逐漸成為特厚煤層開采的主流方式。

2、鑒于特厚煤層中的頂煤通常具有較高的強度和硬度，傳統(tǒng)采煤方式難以實現均勻的頂煤破碎和垮落，導致資源回收率較低。為解決這一問題，需要通過裂縫的引入為頂煤提供更多的斷裂路徑，使得頂煤在支架支撐力釋放后能夠更迅速、更均勻地垮落。然而，特厚煤層的地質條件復雜多變，煤層和圍巖的力學性質差異顯著，都會對裂縫的擴展路徑產生影響。為此通過在煤層中預先布置多個鉆孔依據預定路徑確定起爆順序引導裂縫路徑沿著預定路徑拓展實現定向預裂，由此可以降低頂煤的整體強度，促進其沿預定路徑破碎和垮落，從而提高綜放開采的效率和資源回收率。

3、在定向預裂過程中按照預定的起爆順序進行鉆孔起爆時相鄰鉆孔之間的起爆時間差對裂縫擴展路徑具有顯著影響，若起爆時間差設置不當，可能導致裂縫擴展路徑偏離預定方向，進而影響頂煤的破碎效果和綜放開采的效率。因此，在定向預裂操作中，合理控制起爆時間差至關重要，通常需要通過模擬分析來選取適宜的起爆時間差。然而，現有的起爆時間差選擇往往過度依賴于裂縫擴展路徑的符合度，而忽視了起爆時間差對煤層振動、地表沉降等環(huán)境風險的影響。這種單一的評估標準可能導致所選的起爆時間差雖然能夠使裂縫擴展路徑與預定路徑高度吻合，但卻可能引發(fā)較大的環(huán)境風險，容易造成開采被迫中斷，不利于煤層的可持續(xù)開采。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提出基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，有效解決了背景技術提到的問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現：基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，包括下述步驟：s1、對特厚煤層進行地質勘探，由此進行預裂鉆孔布設。

3、s2、基于特厚煤層的地質勘探結果使用三維建模軟件搭建特厚煤層三維模型。

4、s3、根據各預裂鉆孔的空間位置分布和預定的定向預裂路徑制定起爆順序，并在此基礎上設計梯度起爆時間差形成多個預裂模擬組，其中各預裂模擬組對應一個起爆時間差。

5、s4、利用搭建的特厚煤層三維模型在各預裂模擬組下進行起爆，并在起爆過程中同步進行裂縫擴展和環(huán)境風險監(jiān)測得到各預裂模擬組對應的裂縫擴展路徑和環(huán)境風險指征，其中環(huán)境風險指征包括煤層振動頻率和地表沉降位移。

6、s5、基于各預裂模擬組對應的裂縫擴展路徑和環(huán)境風險指征進行裂縫擴展路徑符合度和裂縫擴展環(huán)境風險度評估。

7、s6、依據各預裂模擬組對應的裂縫擴展路徑符合度和裂縫擴展環(huán)境風險度評估結果確定適宜起爆時間差。

8、結合上述的所有技術方案，本發(fā)明所具備的積極效果為：本發(fā)明通過對特厚煤層綜放采場進行地質勘探確定預裂鉆孔布設，并搭建三維模型，然后基于預定的定向預裂路徑制定起爆順序，同時設計不同梯度的起爆時間差形成多個預裂模擬組，進而利用三維模型在各試驗組下進行模擬起爆，同步監(jiān)測裂縫擴展路徑符合度和環(huán)境風險，最后根據評估結果確定兼顧裂縫擴展路徑和環(huán)境風險的適宜起爆時間差。這種方法有效減少了開采中斷的發(fā)生率，保障了煤層的高效、安全和可持續(xù)開采。

技術特征：

1.基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于，包括下述步驟：

2.如權利要求1所述的基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于：所述預裂鉆孔布設參見下述過程：

3.如權利要求2所述的基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于：所述預裂鉆孔位置布設如下過程：

4.如權利要求3所述的基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于：所述預裂鉆孔位置布設還包括下述過程：

5.如權利要求1所述的基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于：所述制定起爆順序參見下述過程：

6.如權利要求1所述的基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于：所述環(huán)境風險指征參見下述監(jiān)測過程：

7.如權利要求6所述的基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于：所述裂縫擴展路徑符合度如下評估過程：

8.如權利要求7所述的基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于：所述裂縫擴展環(huán)境風險度如下評估過程：

9.如權利要求8所述的基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于：所述確定適宜起爆時間差參見下述過程：

10.如權利要求9所述的基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，其特征在于：所述確定適宜起爆時間差還包括下述過程：

技術總結
本發(fā)明屬于特厚煤層定向預裂模擬技術領域，具體涉及基于三維建模的特厚煤層綜放采場定向預裂模擬分析方法，通過對特厚煤層綜放采場進行地質勘探，由此進行預裂鉆孔布設和三維模型搭建，并依據預定的定向預裂路徑制定起爆順序，同時在此基礎上設計梯度起爆時間差形成多個預裂模擬試驗組，進而利用搭建的特厚煤層綜放采場三維模型在各預裂模擬試驗組下進行起爆，并在起爆過程中同步進行裂縫擴展路徑符合和環(huán)境風險監(jiān)測評估，從而依據評估結果確定適宜起爆時間差，實現了基于裂縫擴展路徑符合和環(huán)境風險平衡兼顧下的適宜起爆時間差確定，大大減少了開采被迫中斷的發(fā)生率，有利于煤層的可持續(xù)開采。

技術研發(fā)人員：焦存福,高四祥,王文杰,李高佳,吉雄,劉海民,楊悅,張學文
受保護的技術使用者：內蒙古滿世煤炭集團罐子溝煤炭有限責任公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/6/12