一种确定冲击地压临界能量的方法、装置、设备和存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种确定冲击地压临界能量的方法、装置、设备和存储介质。方法包括以下步骤：基于煤体损伤本构模型得到煤体破坏损失能量，基于所述煤体破坏损失能量和破碎煤体临界抛出能量，确定发生冲击地压的临界能量。

【技术实现步骤摘要】
一种确定冲击地压临界能量的方法、装置、设备和存储介质
本公开一般涉及地质灾害防治
，尤其涉及一种确定冲击地压临界能量的方法、装置、设备和存储介质。
技术介绍
随着煤矿开采深度和开采强度的越来越大，矿井动力灾害发生的频次也随之增多，对于冲击地压矿井，冲击地压动力灾害是煤矿安全生产的重中之重。冲击地压是在煤岩体能量达到或超过冲击地压临界能量时，煤岩体聚积的弹性能突然释放，将煤岩体抛出，伴随着强烈声响，对井下设备、井下工程空间造成破坏，甚至对井下工作人员造成伤亡。此外，冲击地压发生还会对其他矿井灾害产生影响。由于冲击地压发生机理复杂，又受地质条件和开采条件影响较大，因而对冲击地压研究是保证煤矿安全生产的重要课题之一。目前国内外学术界关于冲击地压发生机理研究主要有刚度理论、强度理论、冲击倾向理论，随着对冲击地压发生机理研究更加深入，又进一步提出了三准则理论、剪切滑移理论、“三因素”理论和变形失稳理论等，对煤矿冲击地压防治和保障安全生产起到了举足轻重的作用。(1)刚度理论：压力试验机出现以后，Petukhov和Cook及Digest最先发现冲击地压可以用岩石试件在刚度较小的柔性试验机上的动态破坏来描述，进而提出了冲击地压刚度理论。Cook在提出能量理论之后，又认识到冲击地压是由于结构失稳造成的。又利用大理岩进一步进行实验。Salaman、Brady和Petukhov等也对多个矿柱的冲击地压问题进行大量的研究。(2)强度理论：强度理论观点为当煤岩体承受的载荷到达其强度极限时，煤岩体就会开始破坏。夹持煤体经典理论是由布霍依诺提出的。若煤体-围岩交界面处以及煤体本身达到极限平衡条件，就达到了冲击地压发生的强度条件。但冲击地压还和煤岩体突然破坏有关，有时煤岩破坏并不意味着冲击地压一定发生。(3)冲击倾向理论：冲击倾向理论指出：若煤岩体的冲击倾向度KE≥KEC时，则煤岩体就可能发生冲击破坏。(4)三准则理论：李玉生指出强度准则是煤体破坏准则，而能量准则和冲击倾向准则是突然破坏准则，提出了冲击地压发生机理可由强度准则、能量准则及冲击倾向性准则来描述，当三个准则全部满足时，将发生冲击地压。(5)“三因素”理论：齐庆新等认为冲击地压发生受三个因素影响，煤岩体内在因素、开采工程活动力源因素和结构因素。据此提出了冲击地压发生“三因素”理论。(6)变形失稳理论：章梦涛认为冲击地压是煤岩体在进入了峰值强度后出现的应变软化现象，基于有限元法，建立了数学模型，对冲击地压进行定量研究。综上所述，对于冲击地压机理研究国内外学者都从不同的角度进行分析论证，针对不同的地质动力条件也给出了系统的描述，取得了很多宝贵的成果与经验。目前，关于煤岩体冲击破坏的能量理论分析研究较多，但这些能量理论大多数都是从同一出发点进行研究的，即：煤岩体冲击破坏过程时所释放的能量与其破坏所消耗的各种能量之间的大小关系，煤岩体破坏后剩余的能量为冲击地压发生提供了能量。到目前为止现有技术还不能全面揭示冲击地压发生规律和机理，在矿井施工过程中，即使对地应力进行监测，由于无法给出发生冲击地压的相关依据，因此无法实现对是否会发生冲击地压的相关预测。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供能预测是否会发生冲击地压的一种确定冲击地压临界能量的方案。第一方面，本申请实施例提供了一种确定冲击地压临界能量的方法，包括以下步骤：基于煤体损伤本构模型得到煤体破坏损失能量，基于所述煤体破坏损失能量和破碎煤体临界抛出能量，确定发生冲击地压的临界能量。所述发生冲击地压的临界能量等于所述煤体破坏损失能量和所述破碎煤体临界抛出能量之和。通过相应的能量密度来表达相应的所述煤体破坏损失能量和所述破碎煤体临界抛出能量，可以通过相应的理论公式计算能量密度，进而反映相应的煤体破坏损失能量和破碎煤体抛出能量。所述煤体损伤本构模型的公式为：Y为损伤耗能率；σ为应力；E为弹性模量；D为损伤变量，表示单位体积微裂纹数；DE为在位置E完全断裂破坏时的损伤值；DD为在位置D完全断裂破坏时的损伤值；UD为煤岩体损伤消耗能量。所述煤体损伤本构模型中的损伤变量通过所述矿井中煤体的应力-应变试验关系确定。其中，建立煤岩体损伤本构模型拟合曲线、损伤变量曲线关系、使用Matlab软件计算煤矿煤岩体破坏损失的能量为本领域的现有技术。根据煤岩体微裂纹的扩展、内部损伤的发展演化及分布密切相关性，建立煤岩体损伤模型，建立模型时可以认为：(1)煤岩体损伤是在应力主轴的方向上，弹性与损伤的耦合下进行的，视为损伤张量主对角矩阵；(2)煤岩体损伤演化应该与应力或应变存在幂函数关系，且损伤变量可以通过内拉应变宏观物理量来反映。所述破碎煤体临界抛出能量采用以下公式：UF：破碎煤体临界抛出能量；ρ：破碎煤体平均密度；ν：破碎煤体向自由空间抛出的平均初速度。所述破碎煤体临界抛出能量所对应的破碎煤体的抛出速度为8-12m/s。当抛出速度ν≤1m/s时不发生冲击地压，而当ν≥10m/s时，则冲击地压发生具有较高的可能性。一般情况下，可以将抛出速度设定为8-12m/s，来计算临界能量公式。第二方面，本申请实施例提供了一种确定冲击地压临界能量的装置，所述装置包括：获取模块，用于获取煤体损伤本构模型和破碎煤体临界抛出能量的相关参数；计算模块，用于基于所述煤体损伤本构模型得到煤体破坏损失能量，基于所述煤体破坏损失能量和所述破碎煤体临界抛出能量，确定发生冲击地压的临界能量。第三方面，本申请实施例提供了一种确定冲击地压临界能量的设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行任一项所述的确定冲击地压临界能量的方法。第四方面，本申请实施例提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时，实现任一项所述的确定冲击地压临界能量的方法。本申请实施例提供的确定冲击地压临界能量的方案，基于冲击地压能量理论，从冲击地压发生的根源入手，研究出了冲击地压与煤岩体能量的关系，提出原岩能量为冲击地压发生的主要能量、决定了发生冲击地压的临界能量条件。损伤力学能够根据煤岩体的岩性，得到媒体破坏时所损失的能量；而破碎媒体抛出能量则根据媒体被抛出时速度的不同，对应不同的抛出能量及其冲击大小，进而可以预测不同冲击地压的强度。当抛出速度较小时，不会发生冲击地压；当抛出速度达到临界抛出速度时，则会发生冲击地压。该方法能全面揭示冲击地压发生规律和机理，可以定量的给出发生冲击地压的临界能量，在矿井施工过程中，依据该冲击地压临界能量，可以实现对是否会发生冲击地压的相关预测，在矿井施工期做好冲击地压防治的前瞻性工作，从根源上防治冲击地压。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出了本申请实施例中工作面前方弹性潜能变化示意图；图2示出了煤岩体变形破坏应力-应变曲线图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分而不是全部的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定冲击地压临界能量的方法，其特征在于，包括以下步骤：基于煤体损伤本构模型得到煤体破坏损失能量，基于所述煤体破坏损失能量和破碎煤体临界抛出能量，确定发生冲击地压的临界能量。

【技术特征摘要】
1.一种确定冲击地压临界能量的方法，其特征在于，包括以下步骤：基于煤体损伤本构模型得到煤体破坏损失能量，基于所述煤体破坏损失能量和破碎煤体临界抛出能量，确定发生冲击地压的临界能量。2.根据权利要求1所述的确定冲击地压临界能量的方法，其特征在于，所述发生冲击地压的临界能量等于所述煤体破坏损失能量和所述破碎煤体临界抛出能量之和。3.根据权利要求1所述的确定冲击地压临界能量的方法，其特征在于，通过相应的能量密度来表达相应的所述煤体破坏损失能量和所述破碎煤体临界抛出能量。4.根据权利要求1所述的确定冲击地压临界能量的方法，其特征在于，所述煤体损伤本构模型的公式为：Y为损伤耗能率；σ为应力；E为弹性模量；D为损伤变量，表示单位体积微裂纹数；DE为在位置E完全断裂破坏时的损伤值；DD为在位置D完全断裂破坏时的损伤值；UD为煤岩体损伤消耗能量。5.根据权利要求4所述的确定冲击地压临界能量的方法，其特征在于，所述煤体损伤本构模型中的损伤变量通过所述矿井中煤体的应力-应变试验关系确定。6.根据权利要求1所述的确定冲击地压临界能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，黄彦军，张大明，寇杰，高超，牛丽鹏，董艳超，张强，张立新，刘光伟，李刚，韩世勇，杨超，
申请(专利权)人：山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿，辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：山西,14