[發明專利]一種采空區側向煤層內動載應力強度的預測方法

有效

• 申請號: 201810360498.0
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108829636B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 神文龍;王襄禹;陳淼;王春;肖同強;王猛;許磊;柏建彪
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G06F17/13
• 分類號: G06F17/13;G06F17/15;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州浩德知識產權代理事務所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

1.一種采空區側向煤層內動載應力強度的預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：基于應力波在層狀巖層中的傳遞理論，建立動載應力在層間結構面內傳播衰減的力學模型，解析獲得其穿越層間結構面時的強度衰減規律和波動方向變化規律；

第二步：基于應力波在固體介質中傳播的吸收理論，建立動載應力在巖層內傳播衰減的平衡微分方程，求解該平衡微分方程的數學模型，獲得動載應力隨傳播距離增加的強度衰減規律；

第三步：基于上方的力學模型和數學模型，建立采動影響區頂板承載傳力解析分析模型，揭示動載穿越多層層狀頂板時的傳遞衰減規律；

第四步：將已知的模型參數帶入到該傳遞衰減規律內，計算采空區一側煤層內的動載應力強度分布規律；

第一步中，動載應力穿越層間結構面時的強度衰減規律T_i為：

式中：

T_i、動載應力穿越第i層層間結構面時的衰減系數，單位：1；

i、第i層層間結構面和巖層，單位：層；

v_TPi、動載應力穿越第i層層間結構面時透射縱波的振動速度大小，單位：m/s；

v_IPi、動載應力穿越第i層層間結構面時入射縱波的振動速度大小，單位：m/s；

求解v_TPi和v_IPi的迭代公式為：

式中：

v_RPi、動載應力穿越第i層層間結構面時反射縱波的振動速度大小，單位：m/s；

v_RSi、動載應力穿越第i層層間結構面時反射橫波的振動速度大小，單位：m/s；

v_TSi、動載應力穿越第i層層間結構面時透射橫波的振動速度大小，單位：m/s；

j、迭代步數，單位：1；

g_i1、g_i2、g_i3、g_i4、g_i5、g_i6、f_i1、f_i2、f_i3、f_i4、f_i5、f_i6、f_i7、f_i8、f_i9、f_i10為迭代方程的系數，與結構面兩側巖層物理力學參數有關，具體運算函數為：

式中：

ρ_i、第i層巖層的密度，單位：kg/m³；

μ_i、第i層巖層的泊松比，單位：1；

k_ni、第i層層間結構面的法向剛度，單位：MPa；

k_si、第i層層間結構面的切向剛度，單位：MPa；

Δt、迭代時間步，單位：s；

β_Pi、動載應力穿越第i層層間結構面時縱波的入射角和反射角，單位：°；

β_Si、動載應力穿越第i層層間結構面時橫波的反射角，單位：°；

β_Pi+1、動載應力穿越第i層層間結構面時縱波的透射角，單位：°；

β_Si+1、動載應力穿越第i層層間結構面時橫波的透射角，單位：°；

C_Pi和C_Si分別為第i層巖層內縱波的傳播速度和橫波的傳播速度，單位：m/s，可由下式計算：

式中：

E_i、第i層巖層的彈性模量，單位：MPa；

k、應力集中系數，單位：1；

γ、巖層的平均容重，單位：N/m³；

H、地層平均埋深，單位：m。