[发明专利]一种煤矿冲击地压电荷监测指标及其临界预警初值的确定方法

说明书

本发明提供一种煤矿冲击地压电荷监测指标及其临界预警初值的确定方法，包括：现场取样加工；电荷监测系统、加载系统、屏蔽系统安装测试；煤样单轴压缩破坏过程电荷感应规律实验室试验；根据煤样电荷感应规律试验结果确定电荷监测指标(平均电荷量和电荷量变异系数)；根据煤样破裂过程压密弹性阶段和强化损伤阶段平均电荷量和电荷量变异系数比值确定电荷临界系数；到冲击地压矿井煤层巷道无采动影响区进行现场电荷监测，得到电荷监测指标标准值；将电荷监测指标标准值与电荷临界系数相乘即可得到相应矿井冲击地压电荷监测指标临界预警初值。通过该方法可快速、便捷的确定电荷监测指标预警初值，可为电荷感应技术对深部矿井冲击地压灾害进行定量化、精准化监测，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于矿山安全开采技术领域，具体涉及一种煤矿冲击地压电荷监测指标及其临界预警初值的确定方法。

背景技术

随着我国浅部煤炭资源的逐年减少，煤矿开采逐渐转向深部，使得冲击地压发生的频度与强度明显增加，严重制约着深部煤炭资源的安全高效开采。因此，对冲击地压灾害监测方法和手段的研究已成为保障煤炭资源安全高效开采的重要科学问题。

煤岩体变形破坏过程由于压电效应、摩擦作用、微破裂导致尖端电荷分离等因素而有电荷产生，且煤岩变形破裂过程产生的电荷信号与煤岩动力过程密切相关，可作为煤岩破裂过程力学性质变化以及动力显现的预警信息，由此形成冲击地压的电荷感应监测技术。但以往关于电荷感应的研究大部分都是在不同加载方式或不同类型煤岩试样下，从试样破坏应力变化角度出发研究煤岩电荷变化规律，或是对冲击地压矿井巷道电荷感应规律与超前支承压力分布关系进行定性研究，并没有给出煤岩动力灾害的电荷监测指标及其临界预警值，所以难以对现场冲击地压的监测预警提供有效指导。

因此，需要一种方法确定煤矿冲击地压电荷监测指标及其临界预警初值，可为以后应用电荷感应技术对现场冲击地压进行定量化、精准化监测预警。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种煤矿冲击地压电荷监测指标及其临界预警初值的确定方法，即通过煤样受载破裂电荷规律实验室试验，与井下巷道电荷监测现场试验相结合的方法确定电荷监测指标及其临界预警初值，为现场冲击地压电荷监测预警提供定量化、精准化指导。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种煤矿冲击地压电荷监测指标及其临界预警初值的确定方法，包括以下步骤：

步骤1、开展煤样单轴压缩破坏过程电荷感应规律实验室试验；具体包括：

步骤1-1、现场取样、加工；

步骤1-2、电荷监测系统安装测试；

步骤1-3、加载系统安装测试；

步骤1-4、屏蔽系统安装测试；

步骤1-5、煤样单轴压缩破坏过程电荷感应规律监测。

步骤2、根据煤样单轴压缩破坏过程电荷感应规律试验确定电荷监测指标，包括平均电荷量q_mn和电荷量变异系数q_cv；具体包括：

平均电荷量q_mn为在Δt时间内感应到的所有电荷信号所带电荷量的平均值，表达式为(其中q_i为Δt时间内感应到的每个电荷信号的电荷量)，其反应了煤体在外部载荷作用下的整体应力水平，将平均电荷量q_mn作为煤体失稳破坏的电荷监测指标。

电荷量变异系数q_cv为在Δt时间内感应到的所有电荷信号电荷量的离散程度，表达式为(其中q_sd为Δt时间内感应到的所有电荷信号电荷量的标准差)，其反应了煤体在外部载荷作用下的破裂程度，将电荷量变异系数q_cv作为煤体失稳破坏的电荷监测指标。