[发明专利]一种冲击地压启动能量阈值确定方法及冲击地压预测方法

说明书

本发明公开了一种冲击地压启动能量阈值确定方法及冲击地压预测方法，包括以下步骤：第一、制备煤样试件；第2、对煤样试件进行三轴加载试验并监测煤样声发射事件，获得整体三轴压缩偏应力‑轴向应变曲线和煤样声发射事件演化曲线；第3、根据整体三轴压缩偏应力‑轴向应变曲线，计算获得弹性能比率和耗散能比率演化规律曲线；第4、将煤样声发射事件演化曲线与弹性能比率和耗散能比率演化规律曲线组合成声发射事件与能量耗散演化特征曲线；第5、根据声发射事件与能量耗散演化特征曲线确定冲击地压启动能量阈值。本发明能够较好反映采动煤岩体能量值的分布状态，还能充分反映了深部煤岩体受力特征。

技术领域

本发明涉及煤矿冲击地压，属于深部工作面煤层冲击地压启动能量阈值及确定方法领域，尤其涉及一种冲击地压启动能量阈值确定方法及冲击地压预测方法。

背景技术

冲击地压是高应力下高储能煤岩体突然、急剧、猛烈破坏的一种矿山动力现象。近十年来，随着我国煤矿开采深度的不断增加，开采强度不断加大，冲击地压发生的频率和强度逐渐增大，已成为制约我国煤矿安全生产的主要灾害之一。而准确高效的预测冲击地压是开展冲击地压防治工作的重要前提，这就要求建立一种反映煤体当前的受力状态的冲击地压预测指标。

目前，能量指标能够用来预测或评价冲击地压的理论基础，是假设其触发条件与能量指标具有某种量化关系或规律性，因此将冲击地压能量启动条件的问题转化为寻找一种或多种适当的能量指标与触发冲击地压的某种参量(如驱动煤岩体材料内部裂纹持续扩展、贯通、汇聚的外部力或能量)建立量化关系。人们在防治冲击地压研究过程中已证实了上述假设的存在，如前苏联研究发现弹性应变潜能或弹性能密度(煤岩体材料内部裂纹汇聚成宏观裂纹时所存储的弹性应变能)与冲击地压存在密切关联，而问题在于如何构建能量指标或构建什么样的指标更适合表征冲击地压启动条件。

由于回采巷道边界附近煤岩体已发生塑性破坏，在采动应力调整过程中，高应力向煤层深部转移，最大能量积聚的区域已发育至煤层深处。随着远离采掘空间，深处能量集中区煤岩体侧向约束力不断提高，处于双向受力甚至是三向受力状态。可见，用于评价深部采煤工作面冲击危险性的能量指标应能够反映煤体当前的受力状态，即是应力状态的函数。此外，从能量的角度评估煤体失稳破坏必须回答的两个问题，其一为煤岩体内部储能是否达到了自激失稳的条件，其二为变形破坏过程中能量是如何转换？能否有效反映上述两个问题是建立冲击地压能量阈值关键。

为了解决上述的部分问题，中国专利CN201510378763.4，(申请号201510378763.4)公布了一种用于深部坚硬顶板煤层冲击倾向性的测试与评估方法，此方法根据现场坚硬顶板和煤体的实际厚度制作相应比例的标准煤岩组合体试件，通过对煤岩组合体进行单轴压缩试验，获得煤岩体组合体应力应变曲线，由此计算煤岩组合体试件剩余能量释放，评估煤岩体冲击倾向性，进而实现对冲击地压危险性评估。该装置存在的缺点是：该专利提供的方法是依据单轴压缩试验结果，建立煤岩体冲击危险性评估指标，不能很好的反映深部煤岩体双向或三向受力状态；另外，专利提供的冲击危险性指标，通过评价煤岩体冲击倾向性实现对冲击地压的预测或预警，不能对冲击地压地压发生的位置与强度进行直接圈定。

目前，为满足对煤矿冲击地压发生的位置与强度直接圈定的要求，建立一种反映煤体当前的受力状态的冲击地压预测指标具有非常重要的工程意义和理论价值，如何建立能够反映煤岩体受力状态的冲击地压预测能量阈值，是本领域技术人员一直想解决而仍未解决的技术问题。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种能满足对煤矿冲击地压发生的位置与强度直接圈定要求的冲击地压启动能量阈值确定方法及冲击地压预测方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明提供的冲击地压启动能量阈值确定方法，其包括以下步骤：

第一步：制备煤样试件；