[發(fā)明專利]一種礦井沖擊地壓強度的預(yù)測方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811347570.2
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109918697B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭超;蘆志剛;張立新;張大明;李剛;劉光偉;郜富平;王振華;李洪濤;秦勇;邢萌;邱高偉;范宸;韓世勇;楊超
• 申請（專利權(quán)）人: 山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司常村煤礦;遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 濰坊德旭知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37366
• 代理人: 田穎

1.一種礦井沖擊地壓強度的預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

基于開采條件下的采動煤體總能量與煤體損傷消耗能量，確定煤體的開采積聚能量U_T-D；

基于煤體破壞損失能量和破碎煤體拋出能量，確定沖擊地壓的臨界能量U_L；

基于所述開采積聚能量U_T-D和所述臨界能量U_L，預(yù)測發(fā)生沖擊地壓的強度；

通過相應(yīng)的能量密度來獲取相應(yīng)的所述采動煤體總能量、煤體損傷消耗能量和/或破碎煤體拋出能量；

所述采動煤體總能量根據(jù)原巖煤體總能量和采動能量獲得；

所述原巖煤體總能量考慮地質(zhì)構(gòu)造、新構(gòu)造運動和現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場，通過地質(zhì)區(qū)劃方法劃分活動斷裂，判斷對沖擊地壓的控制作用；

所述地質(zhì)構(gòu)造所產(chǎn)生的能量為：

式中：W-單位煤體的彈性潛能，J；

σ(ε_i)-三個方向主應(yīng)力，MPa；

ε_i-三個方向主應(yīng)變；

所述現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場所產(chǎn)生的原巖能量包括自重應(yīng)力場下能量和構(gòu)造應(yīng)力場下能量，

自重應(yīng)力場下能量W_Z為：

式中：E-彈性模量，GPa；

μ-單元體的泊松比；

γ-上覆巖層的平均容重，KN/m³；

H-單元體所處位置的深度，m；

R-沖擊地壓系統(tǒng)尺度半徑，m；

構(gòu)造應(yīng)力場下能量W_G為：

式中：k₁-最大主應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)；

k₂-中間主應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)；

k₃-最小主應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)；

所述原巖煤體總能量考慮地質(zhì)構(gòu)造和現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場，通過數(shù)值模擬獲取，

所述原巖煤體總能量通過數(shù)值模擬獲取的方法包括：

根據(jù)所述礦井的鉆孔資料，得到巖性分布圖；

建立計算模型，對所述模型進行網(wǎng)格劃分；

根據(jù)地質(zhì)資料，對模型參數(shù)進行定義；

根據(jù)計算所得的原巖煤體應(yīng)力數(shù)據(jù)，反算所述原巖煤體能量密度值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井沖擊地壓強度的預(yù)測方法，其特征在于，對所述礦井進行數(shù)值模擬，所述礦井的工作面在回采至設(shè)定距離時的能量密度即為該開采條件下的所述采動煤體總能量U_T。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種礦井沖擊地壓強度的預(yù)測方法，其特征在于，根據(jù)煤體損傷本構(gòu)模型確定所述煤體破壞損失能量，所述煤體損傷本構(gòu)模型中的損傷變量通過所述礦井中煤體的應(yīng)力-應(yīng)變試驗關(guān)系確定，所述臨界能量為所述煤體破壞損失能量與所述破碎煤體拋出能量之和，所述開采積聚能量與所述臨界能量的差值越大，發(fā)生沖擊地壓的強度越強。

4.一種礦井沖擊地壓強度的預(yù)測裝置，其特征在于，用于實現(xiàn)上述1-3任意一項所述的一種礦井沖擊地壓強度的預(yù)測方法，所述裝置包括：

獲取模塊，用于獲取開采條件下的采動煤體總能量U_T、煤體損傷消耗能量U_D和破碎煤體拋出能量U_F；

計算模塊，用于基于開采條件下的采動煤體總能量U_T與煤體損傷消耗能量U_D來確定煤體的開采積聚能量U_T-D、基于所述煤體損傷消耗能量U_D和破碎煤體拋出能量U_F來確定沖擊地壓的臨界能量U_L，預(yù)測模塊，用于基于所述開采積聚能量U_T-D和所述臨界能量U_L，預(yù)測發(fā)生沖擊地壓的強度。