[发明专利]一种冲击地压危险性判别方法

说明书

本发明公开了一种冲击地压危险性判别方法，在通过岩石力学性质测试，获取关键层岩石抗拉强度、弹性模量、煤层顶板岩石碎胀系数等相关参数的基础上，还包括以下步骤：计算关键层在上覆荷载作用下产生的挠度、计算关键层发生破断时的挠度上限、计算关键层发生破断的挠度下限、建立基于关键层挠度的冲击地压危险性判别模型。本发明建立了一种冲击地压危险性判别方法，通过对关键层挠度的计算，判断发生冲击地压的危险性大小。

技术领域

本发明涉及一种冲击地压危险性判别方法，适用于存在冲击地压威胁的生产矿井，在生产过程中通过计算分析关键层挠度和煤层采厚、碎胀系数及关键层积聚能量之间的关系，提前判别发生冲击地压事件的危险性。

背景技术

随着我国煤矿开采规划战略西移，煤矿开采深度逐渐增大，面临的冲击地压威胁程度也显著增强。煤矿井下冲击地压成为矿井安全生产面临的重大隐患之一，国内专家学者创立了“三因素”机理、强度弱化减冲机理、应力控制理论、冲击启动理论和扰动响应失稳理论等来解释冲击地压的发生机理，取得了一系列丰硕的研究成果。在冲击地压防治方法措施方面也去得了较大进展，但当前尚未有方法可以从根本上解决冲击地压问题，煤矿生产中冲击地压的提前预警判别等技术还有待进一步研究。

发明内容

本发明目的在于提供一种冲击地压危险性判别方法，依据关键层挠度和煤层采厚、碎胀系数及关键层积聚能量之间的关系，对煤层开采可能发生冲击地压的危险性进行预测，用以指导井下冲击地压防治工作，保障矿井安全生产。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案来实现的：

一种冲击地压危险性判别方法，包括以下步骤：

1)取钻孔岩芯进行岩石力学性质测试，获取关键层岩石抗拉强度、弹性模量以及煤层顶板岩石碎胀系数；

2)计算关键层在上覆荷载作用下产生的挠度；

计算关键层发生破断时的挠度上限；

计算关键层发生破断时的挠度下限；

3)建立基于关键层挠度的冲击地压危险性判别模型，对冲击地压危险性进行判别。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，计算关键层在上覆荷载作用下产生的挠度的具体实现方法如下：

201)判定关键层位置；

从老顶岩层开始，计算第n层岩层对第1层岩层的载荷，计算公式如下；

式中：q₁|_n——第n层对第1层载荷，kN；

E₁——第1层弹性模量，MPa；

h₁、h_i——第1层及i层厚度，m；

γ_i——第i层岩石容重，kN/m³；

如果第n层对第1层载荷小于第n-1层对第1层载荷，即：

刚度条件：q₁|_nq₁|_n-1；

则第n层为关键层，否则继续计算n+1层对第n层的载荷；

202)计算煤层老顶跨落距；

在工作面推进的不同阶段，老顶破断前的边界支撑形式不同，按照一边为采空区简支另外三边固支的支撑方式计算，则有老顶跨落距：

式中：a——老顶跨落距；