[发明专利]一种矿井冲击地压强度的预测方法及装置

权利要求书

1.一种矿井冲击地压强度的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于开采条件下的采动煤体总能量与煤体损伤消耗能量，确定煤体的开采积聚能量U_T-D；

基于煤体破坏损失能量和破碎煤体抛出能量，确定冲击地压的临界能量U_L；

基于所述开采积聚能量U_T-D和所述临界能量U_L，预测发生冲击地压的强度；

通过相应的能量密度来获取相应的所述采动煤体总能量、煤体损伤消耗能量和/或破碎煤体抛出能量；

所述采动煤体总能量根据原岩煤体总能量和采动能量获得；

所述原岩煤体总能量考虑地质构造、新构造运动和现代构造应力场，通过地质区划方法划分活动断裂，判断对冲击地压的控制作用；

所述地质构造所产生的能量为：

式中：W-单位煤体的弹性潜能，J；

σ(ε_i)-三个方向主应力，MPa；

ε_i-三个方向主应变；

所述现代构造应力场所产生的原岩能量包括自重应力场下能量和构造应力场下能量，

自重应力场下能量W_Z为：

式中：E-弹性模量，GPa；

μ-单元体的泊松比；

γ-上覆岩层的平均容重，KN/m³；

H-单元体所处位置的深度，m；

R-冲击地压系统尺度半径，m；

构造应力场下能量W_G为：

式中：k₁-最大主应力应力集中系数；

k₂-中间主应力应力集中系数；

k₃-最小主应力应力集中系数；

所述原岩煤体总能量考虑地质构造和现代构造应力场，通过数值模拟获取，

所述原岩煤体总能量通过数值模拟获取的方法包括：

根据所述矿井的钻孔资料，得到岩性分布图；

建立计算模型，对所述模型进行网格划分；

根据地质资料，对模型参数进行定义；

根据计算所得的原岩煤体应力数据，反算所述原岩煤体能量密度值。

2.根据权利要求1所述的一种矿井冲击地压强度的预测方法，其特征在于，对所述矿井进行数值模拟，所述矿井的工作面在回采至设定距离时的能量密度即为该开采条件下的所述采动煤体总能量U_T。

3.根据权利要求2所述的一种矿井冲击地压强度的预测方法，其特征在于，根据煤体损伤本构模型确定所述煤体破坏损失能量，所述煤体损伤本构模型中的损伤变量通过所述矿井中煤体的应力-应变试验关系确定，所述临界能量为所述煤体破坏损失能量与所述破碎煤体抛出能量之和，所述开采积聚能量与所述临界能量的差值越大，发生冲击地压的强度越强。

4.一种矿井冲击地压强度的预测装置，其特征在于，用于实现上述1-3任意一项所述的一种矿井冲击地压强度的预测方法，所述装置包括：

获取模块，用于获取开采条件下的采动煤体总能量U_T、煤体损伤消耗能量U_D和破碎煤体抛出能量U_F；

计算模块，用于基于开采条件下的采动煤体总能量U_T与煤体损伤消耗能量U_D来确定煤体的开采积聚能量U_T-D、基于所述煤体损伤消耗能量U_D和破碎煤体抛出能量U_F来确定冲击地压的临界能量U_L，预测模块，用于基于所述开采积聚能量U_T-D和所述临界能量U_L，预测发生冲击地压的强度。