[發(fā)明專利]一種采空區(qū)側(cè)向煤層內(nèi)動載應(yīng)力強(qiáng)度的預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810360498.0
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108829636B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 神文龍;王襄禹;陳淼;王春;肖同強(qiáng);王猛;許磊;柏建彪
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

本發(fā)明公開了一種采空區(qū)側(cè)向煤層內(nèi)動載應(yīng)力強(qiáng)度的預(yù)測方法，包括：1、建立動載應(yīng)力在層間結(jié)構(gòu)面內(nèi)傳播衰減的力學(xué)模型，解析獲得其穿越層間結(jié)構(gòu)面時的強(qiáng)度衰減規(guī)律和波動方向變化規(guī)律；2、建立動載應(yīng)力在巖層內(nèi)傳播衰減的數(shù)學(xué)模型，獲得隨傳播距離的增加其強(qiáng)度衰減規(guī)律；3、基于上方的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，建立采動影響區(qū)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(guī)律；4、將已知的模型參數(shù)帶入到該傳遞衰減規(guī)律內(nèi)，計算采空區(qū)一側(cè)煤層內(nèi)的動載應(yīng)力強(qiáng)度分布規(guī)律。本發(fā)明確定采空區(qū)一側(cè)煤層內(nèi)動載應(yīng)力強(qiáng)度的解析解，考慮了支承應(yīng)力、煤巖屬性、結(jié)構(gòu)面屬性、動載應(yīng)力波參數(shù)的影響，能高效、精準(zhǔn)預(yù)測動載應(yīng)力強(qiáng)度分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及井下動載應(yīng)力強(qiáng)度預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種采空區(qū)側(cè)向煤層內(nèi)動載應(yīng)力強(qiáng)度的預(yù)測方法。

背景技術(shù)

采場頂板活動是礦山壓力顯現(xiàn)的根源，當(dāng)?shù)叵鹿こ探Y(jié)構(gòu)(巷道圍巖、回采工作面、支護(hù)體、采空區(qū)頂板等)的強(qiáng)度和剛度不足以承載時，結(jié)構(gòu)將從一種力學(xué)平衡狀態(tài)演化為另一種平衡狀態(tài)，演化的本質(zhì)是結(jié)構(gòu)改變引起應(yīng)力場、位移場、裂隙場的改變，演化的結(jié)果是不同等級、不同類別的礦山壓力顯現(xiàn)(冒頂、片幫、底鼓、沉降、瞬時大變形、沖擊礦壓、支護(hù)體失效等)，演化的效應(yīng)是危害井下工作人員的生命安全，制約礦井的安全高效生產(chǎn)。

采動堅硬頂板斷裂、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)過程中不僅在未開采煤層內(nèi)形成支承應(yīng)力，而且伴隨動載應(yīng)力的波擾，當(dāng)動載作用于承壓狀態(tài)的煤系地層時，作用區(qū)域內(nèi)的煤巖體振動離開平衡位置，與鄰近煤巖體發(fā)生了相對運(yùn)動，將受到鄰近煤巖體給予的作用力，同時也給鄰近煤巖體以反作用力，使鄰近煤巖體也振動離開平衡位置，這種振動以應(yīng)力波的形式向周圍煤巖層傳播，當(dāng)動載應(yīng)力強(qiáng)度足夠大時，鄰空巷道等井下開挖空間將受到安全威脅，嚴(yán)重時會出現(xiàn)沖擊礦壓等煤巖動力災(zāi)害。

受介質(zhì)屬性、層間結(jié)構(gòu)面、入射角度、傳播距離等因素的影響，應(yīng)力波強(qiáng)度呈衰減趨勢，掌握其在煤巖體內(nèi)的時空演化規(guī)律，對地下固體礦產(chǎn)資源安全高效開采具有重要的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)實用、操作高效、精度較高的采空區(qū)側(cè)向煤層內(nèi)動載應(yīng)力強(qiáng)度的預(yù)測方法。

本發(fā)明的采空區(qū)側(cè)向煤層內(nèi)動載應(yīng)力強(qiáng)度的預(yù)測方法，包括以下步驟：

第一步：基于應(yīng)力波在層狀巖層中的傳遞理論，建立動載應(yīng)力在層間結(jié)構(gòu)面內(nèi)傳播衰減的力學(xué)模型，解析獲得其穿越層間結(jié)構(gòu)面時的強(qiáng)度衰減規(guī)律和波動方向變化規(guī)律；

第二步：基于應(yīng)力波在固體介質(zhì)中傳播的吸收理論，建立動載應(yīng)力在巖層內(nèi)傳播衰減的平衡微分方程，求解該平衡微分方程的數(shù)學(xué)模型，獲得動載應(yīng)力隨傳播距離增加的強(qiáng)度衰減規(guī)律；

第三步：基于上方的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，建立采動影響區(qū)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(guī)律；

第四步：將已知的模型參數(shù)帶入到該傳遞衰減規(guī)律內(nèi)，計算采空區(qū)一側(cè)煤層內(nèi)的動載應(yīng)力強(qiáng)度分布規(guī)律。

進(jìn)一步的，所述第一步中，動載應(yīng)力穿越層間結(jié)構(gòu)面時的強(qiáng)度衰減規(guī)律T_i為：

式中：

T_i、動載應(yīng)力穿越第i層層間結(jié)構(gòu)面時的衰減系數(shù)，單位：1；

i、第i層層間結(jié)構(gòu)面和巖層，單位：層；

v_TPi、動載應(yīng)力穿越第i層層間結(jié)構(gòu)面時透射縱波的振動速度大小，單位：m/s；

v_IPi、動載應(yīng)力穿越第i層層間結(jié)構(gòu)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：