[发明专利]一种考虑损伤效应的煤岩组合体冲击倾向性评价方法

说明书

本发明提供了一种考虑损伤效应的煤岩组合体冲击倾向性评价方法，涉及煤岩冲击倾向性测试及冲击地压灾害防治技术领域。该方法的步骤包括：根据实际煤岩高度比例制备试件，加载试件获取应力应变曲线，计算获得顶板岩体回弹所释放的能量、煤体部分峰前积聚的能量和峰后释放的能量，计算得到考虑顶板反弹及损伤效应的冲击能量指标，判定煤岩组合体的冲击倾向性。该方法不需要计算顶板的弯曲能指数，提高了测试效率，同时避免了顶板和煤层冲击倾向性不一致的问题，提高了对煤岩层冲击倾向性评价的准确性，从而指导冲击地压的防治，保证安全生产。

技术领域

本发明涉及煤岩冲击倾向性测试及冲击地压灾害防治技术领域，一种考虑损伤效应的煤岩组合体冲击倾向性评价方法。

背景技术

冲击地压问题已成为岩石力学中的重点研究领域，而煤岩冲击倾向性评价属于冲击地压研究中的主要研究内容之一。冲击倾向性，是指煤岩体是否能够发生冲击地压的自然属性，可通过实验室测试鉴定，煤岩冲击倾向性也是评价煤矿冲击地压发生危险的重要依据。目前，常用的冲击倾向性指标包括弹性能量指数W_ET、冲击能量指数K_E、动态破坏时间D_T、单轴抗压强度σc等，但以上指标只以煤体作为研究对象。根据国家标准GB/T 25217.1-2010《冲击地压测定、监测与防治方法》第1部分：顶板岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法，规定了判定顶板的冲击倾向性时，需要确定顶板的弯曲能量指数。

然而实际上冲击地压发生是“煤体-围岩”系统的共同作用。在冲击地压发生时，一般以煤体破坏为主，顶板会以反弹形式作用于煤体，为煤体产生动力破坏提供能量。因此若忽略顶板的反弹作用，对煤岩层冲击倾向性的评价会低于实际值。专利文献1(CN105021457B) 公开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，制备煤岩组合体试件；计算标准煤岩组合体试件剩余能量释放速率；评估标准煤岩组合体试件倾向性。解决了煤岩的组合效应和组合体的尺寸效应对冲击倾向性的影响，以煤岩组合体剩余能量释放速率来评价煤层冲击倾向性，克服了单纯采用能量指标和破坏时间指标存在的片面性。

现有的煤、岩冲击倾向性评价还存在，在考虑顶板反弹作用的冲击倾向性评价指标中，通常将顶板视为完全弹性体，忽略了顶板岩层的损伤效应，对煤岩层冲击倾向性评价会高于实际值。分别对煤层和岩层进行冲击倾向评价时，经常会出现顶板为强冲击倾向，煤层为弱/ 中冲击倾向性的矛盾情况。因此，为准确评价煤岩层冲击倾向性，需要对现有的煤岩组合体冲击倾向性评价方法做进一步的改进。

发明内容

为了提高煤岩组合体冲击倾向性评价的准确性，避免顶板和煤层冲击倾向性不一致的问题，并提升冲击倾向性测试的效率，本发明提供了一种考虑损伤效应的煤岩组合体冲击倾向性评价方法，具体技术方案如下。

一种考虑损伤效应的煤岩组合体冲击倾向性评价方法，步骤包括：

步骤A.根据实际煤岩高度比例制备多个煤岩组合试件；

步骤B.加载煤岩组合试件，获取应力σ-应变ε曲线；

步骤C.计算获得顶板岩体回弹所释放的能量Φ_SR、煤体部分峰前积聚的能量μ₁和峰后释放的能量μ₂，其中

式中，ε₀为岩体部分释放弹性能后达到的应变值；ε₁为岩体部分释放弹性能前达到的最大应变值；ε₂为煤体破坏前能达到的最大应变值；ε₃为煤体破坏后能达到的最大应变值；

步骤D.计算得到考虑顶板反弹及损伤效应的冲击能量指标K_ED，其中