[發明專利]一種基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法

有效

• 申請號: 202210683791.7
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN114878051B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 李許偉;蔡武;曹安業;李小林;竇林名;馬翔;賀虎;王翔宇;余光成;張潤兵
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，其特征在于：利用鉆孔后獲取的鉆孔應力分布狀態信息對巷幫煤體的沖擊危險性進行評估，

包括如下步驟：

步驟一、在相似條件巷道中利用微震系統監測礦震引起的巷道圍巖質點振動峰值速度，根據不同位置監測的質點振動峰值速度，擬合得到震動波傳播衰減規律曲線；根據微震系統監測定位到的礦震震源位置，利用震動波傳播衰減規律曲線得到震源處的質點振動峰值速度；根據實測鉆孔應力彈性核與礦震震源之間的距離，計算震動波從震源傳播到彈性核區引起的質點振動峰值速度，進而利用動載與質點振動峰值速度之間的關系式計算得到彈性核區的礦震動載水平；

步驟二、通過測試獲得的沖擊臨界應力與煤體強度之間的關系，根據檢測鉆孔施工區域煤層的強度，計算出鉆孔所在區域巷幫煤體的誘沖臨界靜載應力；

步驟三、計算巷幫煤體彈性能量核抵抗線臨界值；

步驟四、通過實測鉆孔峰值應力與沖擊臨界靜載應力之比、彈性能量核抵抗線臨界值與實測彈性能量核抵抗線之比的大小判斷鉆孔附近巷幫煤體發生沖擊的危險水平。

2.根據權利要求1所述的基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，其特征在于采用下式計算煤體彈性核區潛在可能承受的動載應力水平：

σ_dP＝ρv_P(v_PP)_P-SL_S^-k

式中，σ_dP為礦震P波在彈性核區產生的動載；ρ為煤巖介質的密度；v_P為P波在介質中的傳播速度，傳播速度v_P通過在實驗室對煤巖試樣進行波速測試即可獲得；(v_PP)_P-S為震源區質點振動峰值速度；在相似條件巷道中，利用微震系統監測礦震引起的巷道圍巖質點振動峰值速度，根據不同位置監測的質點振動峰值速度，擬合得到震動波傳播衰減規律曲線；根據微震系統監測定位的礦震震源位置，利用震動波傳播衰減規律曲線得到震源處的質點振動峰值速度(v_PP)_P-S；L_S為震源到鉆孔應力彈性核區的距離，設鉆孔區域潛在面臨的礦震位置和相似條件巷道中實際監測的礦震位置相同，利用鉆孔應力彈性核位置和礦震位置直接計算獲得；k為震動波在煤巖體中傳播時的衰減系數。

3.根據權利要求2所述的基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，其特征在于采用下式計算鉆孔所在區域巷幫煤體的誘沖臨界靜載應力：

式中：σ_c為煤樣單軸抗壓強度；σ_d為巷幫煤體潛在可能承受的動載應力水平，對于巷幫煤體彈性核區，動載應力σ_d＝σ_dP。

4.根據權利要求1所述的基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，其特征在于計算巷幫煤體彈性能量核抵抗線臨界值的具體方法如下：

式中，L_抵抗-C為彈性能量核抵抗線臨界值；λ為震動波波長；K_E為煤樣的沖擊能量指數；E_S為彈性核區積聚的彈性能；v_PP-c為巷道幫部表面煤體質點振動臨界速度；ρ為煤巖介質的密度；k為震動波在煤巖體中傳播時的衰減系數。

5.根據權利要求1所述的基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，其特征在于：從實測鉆孔應力分布曲線圖中獲得鉆孔峰值應力和彈性能量核抵抗線：

比較實測煤體彈性核峰值應力和煤體沖擊臨界靜載應力，如果實測煤體彈性核峰值應力大于煤體沖擊臨界靜載應力，則彈性核達到沖擊危險水平，需要采取卸壓措施降低彈性核峰值應力；如果實測煤體彈性核峰值應力小于煤體沖擊臨界靜載應力，則表示彈性核未達到沖擊危險水平；

比較實測彈性能量核抵抗線和彈性能量核抵抗線臨界值，如果彈性能量核抵抗線臨界值大于實測彈性能量核抵抗線，則彈性核達到沖擊危險水平，需要采取卸壓措施增大彈性能量核抵抗線；如果彈性能量核抵抗線臨界值小于實測彈性能量核抵抗線，則說明彈性核未達到沖擊危險水平。

6.根據權利要求4所述的基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，其特征在于：從實測鉆孔應力分布曲線圖中獲得鉆孔峰值應力和彈性能量核抵抗線；設實測鉆孔峰值應力與沖擊臨界靜載應力之比為K_S，彈性能量核抵抗線臨界值與實測彈性能量核抵抗線之比為K_L，根據K_S和K_L的大小判斷鉆孔附近巷幫煤體發生沖擊的危險水平；

當K_S≥1時，鉆孔附近區域煤層應力峰值達到沖擊危險預警水平，需采取卸壓措施降低峰值應力水平；

當K_S1時，鉆孔附近區域煤層應力峰值達到相應百分比的沖擊危險預警水平，根據現場沖擊危險管控需要，設定K_S大于0.7或0.8，需采取卸壓措施降低峰值應力水平；

當K_L≥1時，鉆孔附近區域煤層彈性能量核抵抗線達到沖擊危險預警水平，在彈性能量核發生沖擊破壞的情況下，附近的巷幫煤體將發生沖擊破壞，需采取卸壓措施增大彈性能量核抵抗線；

當K_L1時，鉆孔附近區域煤層彈性能量核抵抗線達到相應百分比的沖擊危險預警水平，在彈性能量核發生沖擊破壞的情況下，附近的巷幫煤體發生沖擊破壞的可能性為對應的百分數；根據現場沖擊危險管控需要，設定K_L大于0.7或0.8，需采取卸壓措施增大彈性能量核抵抗線；

當K_S≥1和K_L≥1同時滿足時，巷幫煤體沖擊地壓發生的可能性才達到100％；對于其余三種情況，沖擊地壓發生的可能性都小于100％；為了降低沖擊危險水平，應使K_S和K_L都小于1，且其值越小，沖擊危險水平越低，安全性越高。