[发明专利]一种矿井冲击地压强度的预测方法及装置

说明书

本申请公开了一种矿井冲击地压强度的预测方法及装置，方法包括以下步骤：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Usubgt;T‑D/subgt;；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Usubgt;L/subgt;；基于所述开采积聚能量Usubgt;T‑D/subgt;和所述临界能量Usubgt;L/subgt;，预测发生冲击地压的强度。

技术领域

本公开一般涉及地质灾害防治技术领域，尤其涉及一种矿井冲击地压强度的预测方法及装置。

背景技术

随着煤矿开采深度和开采强度的越来越大，矿井动力灾害发生的频次也随之增多，对于冲击地压矿井，冲击地压动力灾害是煤矿安全生产的重中之重。冲击地压是在煤岩体能量达到或超过冲击地压临界能量时，煤岩体聚积的弹性能突然释放，将煤岩体抛出，伴随着强烈声响，对井下设备、井下工程空间造成破坏，甚至对井下工作人员造成伤亡。此外，冲击地压发生还会对其他矿井灾害产生影响。由于冲击地压发生机理复杂，又受地质条件和开采条件影响较大，因而对冲击地压研究是保证煤矿安全生产的重要课题之一。

目前国内外学术界关于冲击地压发生机理研究主要有刚度理论、强度理论、冲击倾向理论，随着对冲击地压发生机理研究更加深入，又进一步提出了三准则理论、剪切滑移理论、″三因素″理论和变形失稳理论等，对煤矿冲击地压防治和保障安全生产起到了举足轻重的作用。(1)刚度理论：压力试验机出现以后，Petukhov和Cook及Digest最先发现冲击地压可以用岩石试件在刚度较小的柔性试验机上的动态破坏来描述，进而提出了冲击地压刚度理论。Cook在提出能量理论之后，又认识到冲击地压是由于结构失稳造成的。又利用大理岩进一步进行实验。Salaman、Brady和Petukhov等也对多个矿柱的冲击地压问题进行大量的研究。(2)强度理论：强度理论观点为当煤岩体承受的载荷到达其强度极限时，煤岩体就会开始破坏。夹持煤体经典理论是由布霍依诺提出的。若煤体-围岩交界面处以及煤体本身达到极限平衡条件，就达到了冲击地压发生的强度条件。但冲击地压还和煤岩体突然破坏有关，有时煤岩破坏并不意味着冲击地压一定发生。(3)冲击倾向理论：冲击倾向理论指出：若煤岩体的冲击倾向度K_E≥K_EC时，则煤岩体就可能发生冲击破坏。(4)三准则理论：李玉生指出强度准则是煤体破坏准则，而能量准则和冲击倾向准则是突然破坏准则，提出了冲击地压发生机理可由强度准则、能量准则及冲击倾向性准则来描述，当三个准则全部满足时，将发生冲击地压。(5)“三因素”理论：齐庆新等认为冲击地压发生受三个因素影响，煤岩体内在因素、开采工程活动力源因素和结构因素。据此提出了冲击地压发生″三因素″理论。(6)变形失稳理论：章梦涛认为冲击地压是煤岩体在进入了峰值强度后出现的应变软化现象，基于有限元法，建立了数学模型，对冲击地压进行定量研究。

综上所述，对于冲击地压机理研究国内外学者都从不同的角度进行分析论证，针对不同的地质动力条件也给出了系统的描述，取得了很多宝贵的成果与经验。

目前，关于煤岩体冲击破坏的能量理论分析研究较多，但这些能量理论大多数都是从同一出发点进行研究的，即：煤岩体冲击破坏过程时所释放的能量与其破坏所消耗的各种能量之间的大小关系，煤岩体破坏后剩余的能量为冲击地压发生提供了能量。到目前为止现有技术还不能全面揭示冲击地压发生规律和机理，更无法准确的对冲击地压的强度进行预测。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种能够更加准确的矿井冲击地压强度的预测方案。

第一方面，本申请实施例提供了一种矿井冲击地压强度的预测方法，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；