[发明专利]一种坚硬顶板型冲击地压实时预警方法及系统

权利要求书

1.一种坚硬顶板型冲击地压实时预警方法，其步骤是：

A、在位于坚硬顶板的监测位置处采用光纤光栅孔径变形计进行套芯应力解除试验：光纤光栅孔径变形计，是以光纤光栅为测量应变元件的应力传感器，其中，光纤光栅是一种通过光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅；

B、测量监测位置处岩石的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和单向抗剪强度：待套芯应力解除试验结束之后，收集监测位置处的岩芯，对岩芯进行室内试验，测量监测位置处岩石的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和单向抗剪强度；

C、利用弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和单向抗剪强度，计算岩体动力破坏所需消耗的最小能量U_fmin：利用步骤(B)中获取的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和单向抗剪强度，计算岩体动力破坏所需消耗的最小能量U_fmin；

D、利用套芯应力解除试验的数据和弹性模量、泊松比，计算坚硬顶板的初始应力：利用步骤A中获取的应力解除数据和步骤B中获取的弹性模量、泊松比，通过三维应力计算公式得到坚硬顶板的初始应力；

E、采用光纤光栅孔径变形计，在线实时监测坚硬顶板的相对应力：将光纤光栅孔径变形计再次安装于监测位置处的钻孔中，然后采用光纤光栅孔径变形计在线实时监测坚硬顶板的相对应力；

F、利用初始应力和相对应力，计算坚硬顶板的实时应力：利用步骤(D)中获取的初始应力和步骤(E)中获取的相对应力，通过两者叠加的计算方式，计算坚硬顶板的实时应力；

G、利用实时应力和弹性模量、泊松比，计算坚硬顶板的实时弹性能密度U₃：利用步骤(F)中获取的实时应力和步骤(B)中获取的弹性模量、泊松比，计算坚硬顶板的实时弹性能密度U₃；

H、将实时弹性能密度U₃和最小能量U_fmin进行比较，利用比较结果对坚硬顶板型冲击地压进行实时预警：实时弹性能密度U₃大于最小能量U_fmin时，说明存在发生坚硬顶板型冲击地压的危险，立即发出预警信号；反之，则不发出预警信号，实现坚硬顶板型冲击地压的实时预警。

2.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板型冲击地压实时预警方法，其特征在于：所述的在位于坚硬顶板的监测位置处采用光纤光栅孔径变形计进行套芯应力解除试验，包括：

所述的坚硬顶板为坚硬顶板型冲击地压的关键致灾部位，即厚度较大且岩性坚硬的顶板。

3.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板型冲击地压实时预警方法，其特征在于：所述的计算岩体动力破坏所需消耗的最小能量U_fmin，包括：

由岩体动力破坏的最小能量原理可知，所述的最小能量U_fmin的计算公式为：

其中，E为弹性模量，μ为泊松比，σ_c为单轴抗压强度，τ_c为单向抗剪强度。

4.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板型冲击地压实时预警方法，其特征在于：所述的计算坚硬顶板的实时弹性能密度U₃，包括：

由弹性理论可知，所述的实时弹性能密度U₃的计算公式为：

其中，E为弹性模量，μ为泊松比，σ₁、σ₂和σ₃分别为实时应力中的第一、第二和第三主应力。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种坚硬顶板型冲击地压实时预警方法，其特征在于：所述的利用比较结果对坚硬顶板型冲击地压进行实时预警，包括：

利用双网卡计算机在局域网和互联网内对所述的坚硬顶板型冲击地压进行实时预警。