[发明专利]一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法

说明书

本发明公开了一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法，包括：绘制应力‑时间曲线和气压‑时间曲线；计算得到第一评价值k并绘制第一评价值‑时间曲线；当tt₂时，利用气压‑时间曲线，计算气压波动性评价值f、裂纹产生时的断裂能评价值g和损伤劣度评价值r；根据k、r和g评价煤岩所处损伤阶段，根据r评价煤岩损伤劣度。对于利用气体运移规律评价孔隙裂隙演化情况和损伤程度形成了表征方法及规律性认识，解决了现有技术中不同煤体的压缩气体运移特征和孔隙裂隙演化具有差异性，无法规律性的利用气体运移规律评价孔隙裂隙演化情况和损伤程度的问题，实现了对实际工程的预测和指导，为预防和控制煤矿安全事故奠定了基础。

技术领域

本发明涉及煤岩钻进安全工程技术领域，尤其涉及一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法。

背景技术

随着煤炭开采深度和强度的不断增大，煤岩瓦斯突出地质灾害已成为煤矿普遍关注的安全问题，这种工程灾害是煤岩受应力变形破裂的作用结果。

目前，一般是在密闭空间内，通过探测技术和数字图像处理技术，对加载过程中煤岩体劣化作用特征进行获取与分析，以及加载过程中煤体裂隙演化过程的实时监测。核磁共振、CT扫描、超声波等是常用的辅助识别、确定煤体孔隙及裂缝结构特征的方法。然而，这些测试技术操作复杂、成本高、工作量大，且因取样、制样的过程中外界因素会影响煤体内部结构，影响实验的准确性和结果的可靠度，难以满足现场施工过程中的实时监测分析需求。

研究发现，煤体单轴加载过程的气体运移呈现一定的规律性，能够很好地展现煤体的孔隙裂隙演化情况和损伤程度。因此，煤体的气体运移状态可以作为研究煤体的孔隙裂隙演化情况和损伤程度的一种手段。然而，由于煤体孔隙结构和矿物组成复杂，导致不同煤体的压缩气体运移特征和孔隙裂隙演化具有差异性，目前还没有形成表征方法及规律性认识，未建立起基于压缩过程中气体运移规律评价孔隙裂隙演化情况和损伤程度的方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案。

本发明一方面提供了一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法，包括：

获取煤岩径向加载实验过程中的应力数据和从煤岩中逸出气体的压力数据，并绘制应力-时间曲线和气压-时间曲线；

根据所述应力-时间曲线计算得到第一评价值k并绘制第一评价值-时间曲线，其中，所述第一评价值为应力-时间曲线斜率的函数；

在所述第一评价值-时间曲线中，所述第一评价值为最大值时对应的时间为t₂，当tt₂时，利用气压-时间曲线，根据如下公式计算气压波动性评价值f、裂纹产生时的断裂能评价值g和损伤劣度评价值r：

利用气体负压区数据计算f，其中：n是气压抖动顶点的总数量，n₁是气压抖动顶点落在常规波动区的数量，n₂是气压抖动顶点落在一般抖动区的数量，n₃是气压抖动顶点落在强力抖动区的数量，m₁、m₂、m₃为重要性系数，y为气压抖动幅值，y_i为标号为i的气压抖动的幅值，n_y为y处于指定范围内的气压抖动顶点的数量，为气压平均抖动幅值，y_max为气压最大抖动幅值，p₁为气压抖动幅值小于的概率；