[發明專利]一種礦井沖擊地壓強度的預測方法及裝置

有效

• 申請號: 201811347570.2
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109918697B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）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）人: 山西潞安環保能源開發股份有限公司常村煤礦;遼寧工程技術大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 濰坊德旭知識產權代理事務所(普通合伙) 37366
• 代理人: 田穎

本申請公開了一種礦井沖擊地壓強度的預測方法及裝置，方法包括以下步驟：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Usubgt;T?D/subgt;；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Usubgt;L/subgt;；基于所述開采積聚能量Usubgt;T?D/subgt;和所述臨界能量Usubgt;L/subgt;，預測發生沖擊地壓的強度。

技術領域

本公開一般涉及地質災害防治技術領域，尤其涉及一種礦井沖擊地壓強度的預測方法及裝置。

背景技術

隨著煤礦開采深度和開采強度的越來越大，礦井動力災害發生的頻次也隨之增多，對于沖擊地壓礦井，沖擊地壓動力災害是煤礦安全生產的重中之重。沖擊地壓是在煤巖體能量達到或超過沖擊地壓臨界能量時，煤巖體聚積的彈性能突然釋放，將煤巖體拋出，伴隨著強烈聲響，對井下設備、井下工程空間造成破壞，甚至對井下工作人員造成傷亡。此外，沖擊地壓發生還會對其他礦井災害產生影響。由于沖擊地壓發生機理復雜，又受地質條件和開采條件影響較大，因而對沖擊地壓研究是保證煤礦安全生產的重要課題之一。

目前國內外學術界關于沖擊地壓發生機理研究主要有剛度理論、強度理論、沖擊傾向理論，隨著對沖擊地壓發生機理研究更加深入，又進一步提出了三準則理論、剪切滑移理論、″三因素″理論和變形失穩理論等，對煤礦沖擊地壓防治和保障安全生產起到了舉足輕重的作用。(1)剛度理論：壓力試驗機出現以后，Petukhov和Cook及Digest最先發現沖擊地壓可以用巖石試件在剛度較小的柔性試驗機上的動態破壞來描述，進而提出了沖擊地壓剛度理論。Cook在提出能量理論之后，又認識到沖擊地壓是由于結構失穩造成的。又利用大理巖進一步進行實驗。Salaman、Brady和Petukhov等也對多個礦柱的沖擊地壓問題進行大量的研究。(2)強度理論：強度理論觀點為當煤巖體承受的載荷到達其強度極限時，煤巖體就會開始破壞。夾持煤體經典理論是由布霍依諾提出的。若煤體-圍巖交界面處以及煤體本身達到極限平衡條件，就達到了沖擊地壓發生的強度條件。但沖擊地壓還和煤巖體突然破壞有關，有時煤巖破壞并不意味著沖擊地壓一定發生。(3)沖擊傾向理論：沖擊傾向理論指出：若煤巖體的沖擊傾向度K_E≥K_EC時，則煤巖體就可能發生沖擊破壞。(4)三準則理論：李玉生指出強度準則是煤體破壞準則，而能量準則和沖擊傾向準則是突然破壞準則，提出了沖擊地壓發生機理可由強度準則、能量準則及沖擊傾向性準則來描述，當三個準則全部滿足時，將發生沖擊地壓。(5)“三因素”理論：齊慶新等認為沖擊地壓發生受三個因素影響，煤巖體內在因素、開采工程活動力源因素和結構因素。據此提出了沖擊地壓發生″三因素″理論。(6)變形失穩理論：章夢濤認為沖擊地壓是煤巖體在進入了峰值強度后出現的應變軟化現象，基于有限元法，建立了數學模型，對沖擊地壓進行定量研究。

綜上所述，對于沖擊地壓機理研究國內外學者都從不同的角度進行分析論證，針對不同的地質動力條件也給出了系統的描述，取得了很多寶貴的成果與經驗。

目前，關于煤巖體沖擊破壞的能量理論分析研究較多，但這些能量理論大多數都是從同一出發點進行研究的，即：煤巖體沖擊破壞過程時所釋放的能量與其破壞所消耗的各種能量之間的大小關系，煤巖體破壞后剩余的能量為沖擊地壓發生提供了能量。到目前為止現有技術還不能全面揭示沖擊地壓發生規律和機理，更無法準確的對沖擊地壓的強度進行預測。

發明內容

鑒于現有技術中的上述缺陷或不足，期望提供一種能夠更加準確的礦井沖擊地壓強度的預測方案。

第一方面，本申請實施例提供了一種礦井沖擊地壓強度的預測方法，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；