[发明专利]基于双屈服等值线模型的材料失稳型巷道冲击地压的建模方法

说明书

本发明提供的一种基于双屈服等值线模型的材料失稳型巷道冲击地压的建模方法，包括步骤：S1：根据巷道煤体受到的竖直方向的应力的情况，将巷道煤体受力工况分成两种工况；S2：建立巷道煤体受到的不平衡力的屈服函数模型，得到不同工况下，巷道冲击地压与巷道粘聚力和内摩擦角的关系模型；本发明通过对最大弹性鼓胀量的计算可以表征巷道材料失稳型冲击地压的临界状态，将计算得到的最大弹性鼓胀量作为巷道冲击地压的预警判断的阈值，可以精确快速地对巷道冲击地压触发进行预警，可广泛应用于现场工程指导，避免或减少冲击事故的发生，保证矿井的安全生产。

技术领域

本发明涉及煤矿井下安全预测的技术领域，具体涉及一种基于双屈服等值线模型的材料失稳型巷道冲击地压的建模方法。

背景技术

冲击地压问题是困扰采矿与岩石工程界的一个突出问题，在我国随着采深增加和开采强度不断加大，煤矿冲击地压日趋严峻和复杂，因此研究冲击地压的发生机理，揭示其发生过程对我国煤矿安全高效生产具有重大意义。冲击矿压是一种复杂的矿山动力现象，各国学者先后提出了一系列冲击地压触发理论，主要包括强度理论、刚度理论、能量理论、冲击倾向性理论、“三准则”理论、“三因素”理论、失稳理论及动静荷载叠加理论等，从不同角度对冲击地压的发生条件和过程进行了系统的描述和论证，取得了很多宝贵的成果。

姜耀东等人提出了煤矿冲击地压的三种力学模型：材料失稳型冲击地压、滑移错动型冲击地压和结构失稳型冲击地压。其中，材料失稳型冲击地压是指井巷或工作面周围岩体开挖过程中，煤岩体内应力集中达到一定程度后，煤岩材料内部裂纹不断扩展、贯通、汇聚，并导致一定范围内的煤岩体发生弹射、爆炸式的破坏而发生的冲击突出，其在矿井作业中比较常见。

然而，由于冲击地压机理复杂、影响因素众多，到目前为止针对材料失稳型冲击地压的发生及防治机理认识仍然不够具体，对现场工程的指导有限，致使目前仍然冲击事故频发，严重威胁矿井的安全生产。

因此，需要提出一种巷道的冲击地压危险的建模方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于双屈服等值线模型的材料失稳型巷道冲击地压的建模方法，通过简化力学模型解算矿压应力场、开展室内煤体压缩破坏实验和有限元模拟的方法分析围岩弹塑性转化特征，得出基于双屈服等值线模型的巷道冲击地压发生的临界状态判断模型，可以精确快速地对巷道冲击地压触发进行预警，可广泛应用于现场工程指导，避免或减少冲击事故的发生，保证矿井的安全生产。

本发明提供一种基于双屈服等值线模型的材料失稳型巷道冲击地压的建模方法，包括步骤：

S1：根据巷道煤体受到的竖直方向的应力的情况，将巷道煤体受力工况分成两种工况：工况一：巷道煤体受到的竖直方向的应力为均布荷载；工况二：巷道煤体受到的竖直方向的应力随着高度的增加呈而增大；

S2：建立巷道煤体受到的不平衡力的屈服函数模型，得到不同工况下，巷道冲击地压与巷道粘聚力和内摩擦角的关系模型。

进一步，还包括步骤S3：根据巷道煤体受到的不平衡力的屈服函数模型绘制不同工况的屈服函数等值线。

进一步，所述巷道煤体受到的不平衡力的屈服函数模型为：

其中，C和分别为粘聚力和内摩擦角，L为巷道高度，x为Airy应力分布坐标的x方向坐标，y为Airy应力分布坐标的y方向坐标，Airy应力分布坐标具体为：引入Airy应力场分布理论，根据Airy应力场分布理论对应力等值圈的定义，以任一巷道煤体壁面与巷道地平面的交线上任意一点作为圆心，以巷道煤体壁面受到的竖直应力方向为y方向，以巷道煤体壁面受到的水平应力方向为x方向，建立的巷道煤体壁面的Airy应力分布坐标；Q为压力系数，B为无量纲系数，K为判别因子，在工况一中，C为常数；在工况二中，C随着x的变化而变换。

进一步，在工况二中，所述C的计算公式为：