[发明专利]一种基于矿震群震动波能量衰减特性的冲击地压危险预测方法

说明书

本发明涉及煤矿开采及煤矿安全技术领域，特别是涉及一种基于矿震群震动波能量衰减特性的冲击地压危险预测方法。提出了一种基于矿震群震动波能量衰减特性、综合考虑矿震群震动波的静载以及动载效应的冲击地压危险预测方法；本发明涉及的静载强度指标、动载强度指标两种指标物理意义清晰，基于冲击地压发生的动静载叠加原理提出的综合预测指标计算模型明确，具有坚实的理论支撑，普适性及可操作性强，同时权重的快速更新调整以及最终综合预测结果的客观判识预测效率高，可有效预测大能量矿震及冲击显现区域。

技术领域

本发明涉及煤矿开采及煤矿安全技术领域，特别是涉及一种基于矿震群震动 波能量衰减特性的冲击地压危险预测方法。

背景技术

冲击地压是煤矿采掘空间周围煤(岩)体由于弹性变形能的瞬时释放而产生 的突然、剧烈破坏的动力现象，常伴有煤(岩)体瞬间位移、抛出、巨响及气浪 等。近年来，由于我国煤矿采深急剧增加，地质与开采条件越趋复杂，冲击地压 事故频繁发生。冲击地压的发生与采掘扰动、顶板活动、构造运动等密切相关， 采掘扰动等过程中采掘空间煤岩体应力状态迅速调整、煤岩体破裂等可产生大量 震动，并以震动波的形式向外辐射能量，进而对采掘空间造成二次扰动，并且震 动波反复作用下对煤岩体造成累积损伤，降低了煤岩体强度，增加了诱发冲击地压的概率。

根据长足的理论研究，冲击地压的发生满足动静载叠加原理，具体可简述为 采掘扰动、顶板活动等矿震动载与煤岩体所受静载叠加，超过煤岩体的承载极限 便会诱发冲击地压。此过程中，矿震群辐射的震动波相互叠加，一方面导致煤岩 体累积损伤，导致其应力状态急剧调整；另一方面在煤岩体内引起弹性能集聚， 两者叠加作用下超过煤体承载极限时可诱发冲击地压。因此，如何准确描述矿震群震动波持续扰动下煤岩体的损伤及应力状态与震动波导致的弹性能聚集情况 对冲击地压的预测至关重要。

矿震震源破裂激发震动波后，传播过程中在几何扩散和介质的阻尼作用下， 经历复杂的衰减过程后作用于煤岩体。因此，如何描述震动波传播的衰减特性并 计算真正作用于煤岩体的能量，如何描述震动波持续作用下煤岩体的损伤以及应 力状态，如何刻画矿震群震动波造成的弹性能聚集状态，并综合考虑两者的叠加 效应，利用现有监测手段针对性量化以及提出一种具有明确物理含义的预测方法及指标，是实现冲击地压危险精准预测及定量化表述的关键所在。

微震系统广泛部署于冲击地压矿井中用于对矿震信号的捕捉，通过该系统可 获得震动信号的清晰波形，并且可以实现对震源的发震时间、空间坐标以及震源 能量准确计算。通过对微震信息的进一步后处理，为实现矿震群震动波衰减特性的准确表达以及计算残余能量，构建震动波扰动作用下表征煤岩体损伤及静载应 力状态与弹性能聚集程度、并可预测冲击地压危险的指标提供了可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于矿震群震动波能量衰减特性的冲击地压危险 预测方法，以解决上述现有技术存在的问题，量化分析矿震震动波对煤岩体的累 积损伤以及能量聚集效应，实现对冲击地压危险的准确预测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于矿震群震动 波能量衰减特性的冲击地压危险预测方法，包括通过矿震群震动波能量衰减特 性、综合考虑矿震群震动波的静载以及动载效应对冲击地压进行危险预测；其中 具体包括：基于矿震群震动波能量衰减特性、并考虑矿震震动波对煤岩体的累积 损伤效应构建静载强度指标；基于矿震群能量衰减特性、并考虑矿震震动波能量集聚效应构建动载强度指标；然后采用均方差法确定两种指标权重，将两种指标 进行叠加进而构建综合预测指标以进行冲击地压危险预测。

作为本发明的一种优选技术方案：采用如下公式计算矿震群中某一震源的震 动波传播衰减后的残余能量：