[发明专利]一种煤体灾变时顶板弹性能贡献率影响因素的分析方法

说明书

本发明公开了一种煤体灾变时顶板弹性能贡献率影响因素的分析方法，具体步骤为：获取煤层瓦斯压力；根据钻孔柱状图获取煤层及顶板厚度；现场取芯，加工成标准试件，通过室内力学试验分别获取顶板及含瓦斯煤的弹性模量；将获取的顶板及含瓦斯煤弹性模量、厚度代入计算式获得顶板弹性能贡献率；分别设置相同厚度比不同弹性模量比及相同弹性模量比不同厚度比两种情形分析顶板弹性能贡献率的影响。本发明在充分考虑煤岩瓦斯动力灾害中顶板弹性能作用的同时分析了弹性能贡献率的影响因素，具有重要的理论意义和工程实际价值，而且对于开采诱发的冲击地压‑煤与瓦斯突出等矿井复合动力灾害的预测预防具有积极意义。

技术领域

本发明涉及一种煤体灾变时顶板弹性能贡献率影响因素的分析方法。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我国能源结构中占有重要地位。尽管采取了相应的系列防控措施，但涉及煤岩瓦斯的矿井动力灾害仍有发生，归根结底是对煤岩瓦斯灾变的机理认识尚不够清晰完善。

目前针对矿井动力灾害(煤与瓦斯突出、冲击地压)的研究通常集中于煤体本身以及瓦斯的作用，相关研究一方面仅基于煤层应力与瓦斯情况开展分析直接将顶板弹性能忽略，另一方面仅给出了粗略估计，但实际上针对顶板参与的弹性能并未给出合理的计算及评价方法，尤其是在深部开采条件下，深部开采面临高地应力，高温、高瓦斯等问题使得煤与瓦斯突出危险性增加，煤岩冲击性增强，进一步致一些高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井发生复合型煤岩动力灾害的概率显著增大，此类灾害既表现出煤与瓦斯突出的部分特征，又有冲击地压的部分特征，两种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合。同时，深部复合煤岩动力灾害是受“高应力(地应力)+动力扰动(开采卸压)”双重作用的复杂力学过程，灾害发生过程中多种因素的相互交织，导致在事故孕育、发生、发展过程中可能互为诱因，互为强化，或产生“共振”效应，进而使得复合动力灾害的发生机理更为复杂，而了解岩石弹性能在灾变过程中具体参与作用则显得更为重要。

基于此，本发明提供一种煤体灾变时顶板弹性能贡献率影响因素的分析方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种煤体灾变时顶板弹性能贡献率影响因素的分析方法，建立顶板弹性能贡献率表达式并分析其影响因素，为煤岩瓦斯动力灾害的精准防控提供一定理论依据。

一种煤体灾变时顶板弹性能贡献率影响因素的分析方法，包括以下步骤：

第一步、计算顶板弹性能贡献率：

(S₁)获取含瓦斯煤层瓦斯压力p；

(S₂)根据钻孔柱状图获取含瓦斯煤层厚度h_c及顶板厚度h_r；

(S₃)对含瓦斯煤层及顶板现场取芯，加工成标准试件，通过力学测试获得顶板弹性模量E_r、瓦斯压力p影响下的煤层弹性模量E_c；

(S₄)根据步骤(S₁)-步骤(S₃)获得的数据计算顶板弹性能贡献率η，

式(1)中，λ为修正系数且0＜λ≤1；h_r与h_c、E_r与E_c满足关系式(2)：

式(2)中，m＞0且n＞0；将式(2)代入式(1)得：

第二步、顶板弹性能贡献率影响因素分析：

根据式(3)分析m、n对顶板弹性能贡献率η的影响，其中设置以下两种情形：

情形一：相同m不同n对η的影响；