[发明专利]一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，收集待开采的工作面的相关地质信息；

步骤S2，根据收集到的相关地质信息建立三维计算模型，进行静力平衡计算；

步骤S3，根据计算过程中顶板单元体能量的变化判断顶板单元是否发生破坏，若发生破坏则计算顶板破坏释放的能量；

步骤S4，根据计算过程中断层面的剪切位移量和剪应力降变化判断断层面是否发生“滑移”；若断层面开始“滑移”则计算断层滑移震源参数；

步骤S5，重复执行上述过程，实现煤矿动载显现规律，直至工作面开采结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法，其特征是，步骤S3中，在数值模拟计算过程中，当发现某一段时间步内的弹性应变能出现下降，则判断单元体发生剪切或者拉伸破坏。

3.根据权利要求1所述的一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法，其特征是，单个单元体中储存的弹性应变能W表达式如下：

其中，E为弹性模量；σ₁、σ₂、σ₃分别为最大、中间、最小主应力；υ为泊松比；V为单元体的体积；

当顶板单元体发生剪切或者拉伸破坏，相应释放的能量W’为W’＝W₀-W_t，W₀为单元体初始状态下储存的弹性应变能，W_t为开挖后当前损伤状态下单元体存储的弹性应变能。

4.根据权利要求1所述的一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法，其特征是，震源参数包括地震矩、能量和滑移速率。

5.根据权利要求4所述的一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法，其特征是，地震矩的计算主要采用下式：

M₀＝μ×D×S (2)

其中，M₀为地震矩；μ为断层面剪切模量，一般为2×10⁹Pa；D为断层平均剪切位移量；S为断层滑移区域的面积。

6.根据权利要求4所述的一种基于覆岩演化特征的煤矿动载显现数值模拟方法，其特征是，能量计算主要采用下式：

E_s＝0.5Δσ×D×S (3)

其中，E_s为断层滑移所释放的能量；Δσ为断层面平均剪应力降，D为断层平均剪切位移量；S为断层滑移区域的面积；

Δσ为断层面滑移诱发矿震前后平均应力降，一般可通过下式求得：

其中，A为断层滑移区域的面积；σ(t₂)为断层面滑移后剪应力；σ(t₁)为断层面滑移前剪应力。