[發(fā)明專利]一種基于鉆孔應(yīng)力分布的巷幫煤體沖擊危險(xiǎn)評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210683791.7
• 申請(qǐng)日: 2022-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN114878051B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李許偉;蔡武;曹安業(yè);李小林;竇林名;馬翔;賀虎;王翔宇;余光成;張潤(rùn)兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/10
• 分類號(hào): G06F17/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種基于鉆孔應(yīng)力分布的巷幫煤體沖擊危險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于：利用鉆孔后獲取的鉆孔應(yīng)力分布狀態(tài)信息對(duì)巷幫煤體的沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估，

包括如下步驟：

步驟一、在相似條件巷道中利用微震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)礦震引起的巷道圍巖質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度，根據(jù)不同位置監(jiān)測(cè)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度，擬合得到震動(dòng)波傳播衰減規(guī)律曲線；根據(jù)微震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)定位到的礦震震源位置，利用震動(dòng)波傳播衰減規(guī)律曲線得到震源處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度；根據(jù)實(shí)測(cè)鉆孔應(yīng)力彈性核與礦震震源之間的距離，計(jì)算震動(dòng)波從震源傳播到彈性核區(qū)引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度，進(jìn)而利用動(dòng)載與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度之間的關(guān)系式計(jì)算得到彈性核區(qū)的礦震動(dòng)載水平；

步驟二、通過測(cè)試獲得的沖擊臨界應(yīng)力與煤體強(qiáng)度之間的關(guān)系，根據(jù)檢測(cè)鉆孔施工區(qū)域煤層的強(qiáng)度，計(jì)算出鉆孔所在區(qū)域巷幫煤體的誘沖臨界靜載應(yīng)力；

步驟三、計(jì)算巷幫煤體彈性能量核抵抗線臨界值；

步驟四、通過實(shí)測(cè)鉆孔峰值應(yīng)力與沖擊臨界靜載應(yīng)力之比、彈性能量核抵抗線臨界值與實(shí)測(cè)彈性能量核抵抗線之比的大小判斷鉆孔附近巷幫煤體發(fā)生沖擊的危險(xiǎn)水平。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉆孔應(yīng)力分布的巷幫煤體沖擊危險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于采用下式計(jì)算煤體彈性核區(qū)潛在可能承受的動(dòng)載應(yīng)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(qū)產(chǎn)生的動(dòng)載；ρ為煤巖介質(zhì)的密度；v_P為P波在介質(zhì)中的傳播速度，傳播速度v_P通過在實(shí)驗(yàn)室對(duì)煤巖試樣進(jìn)行波速測(cè)試即可獲得；(v_PP)_P-S為震源區(qū)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度；在相似條件巷道中，利用微震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)礦震引起的巷道圍巖質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度，根據(jù)不同位置監(jiān)測(cè)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度，擬合得到震動(dòng)波傳播衰減規(guī)律曲線；根據(jù)微震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)定位的礦震震源位置，利用震動(dòng)波傳播衰減規(guī)律曲線得到震源處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度(v_PP)_P-S；L_S為震源到鉆孔應(yīng)力彈性核區(qū)的距離，設(shè)鉆孔區(qū)域潛在面臨的礦震位置和相似條件巷道中實(shí)際監(jiān)測(cè)的礦震位置相同，利用鉆孔應(yīng)力彈性核位置和礦震位置直接計(jì)算獲得；k為震動(dòng)波在煤巖體中傳播時(shí)的衰減系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于鉆孔應(yīng)力分布的巷幫煤體沖擊危險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于采用下式計(jì)算鉆孔所在區(qū)域巷幫煤體的誘沖臨界靜載應(yīng)力：

式中：σ_c為煤樣單軸抗壓強(qiáng)度；σ_d為巷幫煤體潛在可能承受的動(dòng)載應(yīng)力水平，對(duì)于巷幫煤體彈性核區(qū)，動(dòng)載應(yīng)力σ_d＝σ_dP。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉆孔應(yīng)力分布的巷幫煤體沖擊危險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于計(jì)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(dòng)波波長(zhǎng)；K_E為煤樣的沖擊能量指數(shù)；E_S為彈性核區(qū)積聚的彈性能；v_PP-c為巷道幫部表面煤體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)臨界速度；ρ為煤巖介質(zhì)的密度；k為震動(dòng)波在煤巖體中傳播時(shí)的衰減系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉆孔應(yīng)力分布的巷幫煤體沖擊危險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于：從實(shí)測(cè)鉆孔應(yīng)力分布曲線圖中獲得鉆孔峰值應(yīng)力和彈性能量核抵抗線：

比較實(shí)測(cè)煤體彈性核峰值應(yīng)力和煤體沖擊臨界靜載應(yīng)力，如果實(shí)測(cè)煤體彈性核峰值應(yīng)力大于煤體沖擊臨界靜載應(yīng)力，則彈性核達(dá)到?jīng)_擊危險(xiǎn)水平，需要采取卸壓措施降低彈性核峰值應(yīng)力；如果實(shí)測(cè)煤體彈性核峰值應(yīng)力小于煤體沖擊臨界靜載應(yīng)力，則表示彈性核未達(dá)到?jīng)_擊危險(xiǎn)水平；

比較實(shí)測(cè)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(shí)測(cè)彈性能量核抵抗線，則彈性核達(dá)到?jīng)_擊危險(xiǎn)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(shí)測(cè)彈性能量核抵抗線，則說明彈性核未達(dá)到?jīng)_擊危險(xiǎn)水平。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于鉆孔應(yīng)力分布的巷幫煤體沖擊危險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于：從實(shí)測(cè)鉆孔應(yīng)力分布曲線圖中獲得鉆孔峰值應(yīng)力和彈性能量核抵抗線；設(shè)實(shí)測(cè)鉆孔峰值應(yīng)力與沖擊臨界靜載應(yīng)力之比為K_S，彈性能量核抵抗線臨界值與實(shí)測(cè)彈性能量核抵抗線之比為K_L，根據(jù)K_S和K_L的大小判斷鉆孔附近巷幫煤體發(fā)生沖擊的危險(xiǎn)水平；

當(dāng)K_S≥1時(shí)，鉆孔附近區(qū)域煤層應(yīng)力峰值達(dá)到?jīng)_擊危險(xiǎn)預(yù)警水平，需采取卸壓措施降低峰值應(yīng)力水平；

當(dāng)K_S1時(shí)，鉆孔附近區(qū)域煤層應(yīng)力峰值達(dá)到相應(yīng)百分比的沖擊危險(xiǎn)預(yù)警水平，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)沖擊危險(xiǎn)管控需要，設(shè)定K_S大于0.7或0.8，需采取卸壓措施降低峰值應(yīng)力水平；

當(dāng)K_L≥1時(shí)，鉆孔附近區(qū)域煤層彈性能量核抵抗線達(dá)到?jīng)_擊危險(xiǎn)預(yù)警水平，在彈性能量核發(fā)生沖擊破壞的情況下，附近的巷幫煤體將發(fā)生沖擊破壞，需采取卸壓措施增大彈性能量核抵抗線；

當(dāng)K_L1時(shí)，鉆孔附近區(qū)域煤層彈性能量核抵抗線達(dá)到相應(yīng)百分比的沖擊危險(xiǎn)預(yù)警水平，在彈性能量核發(fā)生沖擊破壞的情況下，附近的巷幫煤體發(fā)生沖擊破壞的可能性為對(duì)應(yīng)的百分?jǐn)?shù)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)沖擊危險(xiǎn)管控需要，設(shè)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(dāng)K_S≥1和K_L≥1同時(shí)滿足時(shí)，巷幫煤體沖擊地壓發(fā)生的可能性才達(dá)到100％；對(duì)于其余三種情況，沖擊地壓發(fā)生的可能性都小于100％；為了降低沖擊危險(xiǎn)水平，應(yīng)使K_S和K_L都小于1，且其值越小，沖擊危險(xiǎn)水平越低，安全性越高。