一种确定强烈冲击地压临界能量的方法、装置和存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种确定强烈冲击地压临界能量的方法、装置和存储介质。方法包括以下步骤：获取原岩煤体总能量；确定设定的面波震级；基于所述原岩煤体总能量和所述设定的面波震级的能量的关系，确定强烈冲击地压的临界能量。

【技术实现步骤摘要】
一种确定强烈冲击地压临界能量的方法、装置和存储介质
本公开一般涉及地质灾害防治
，尤其涉及一种确定强烈冲击地压临界能量的方法和装置。
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，不能在根源上预防冲击地压，无法预测待建的矿井是否会发生强烈的冲击地压，更无法做好冲击地压防治的前瞻性工作。
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强烈冲击地压的一种确定强烈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强烈冲击地压临界能量的方法，包括以下步骤：获取原岩煤体总能量；确定设定的面波震级；基于所述原岩煤体总能量和所述设定的面波震级的能量的关系，确定强烈冲击地压的临界能量。通过相应的临界能量密度来表达相应的所述临界能量。可以根据不同的情况计算相应区域的煤体总能量，能实现定量的预测冲击地压发生的强度。所述原岩煤体总能量考虑现代构造应力场，通过地质区划方法划分活动断裂，判断对冲击地压的控制作用，可以通过理论计算获得。宏观分析了现代构造应力对冲击地压能量孕育作用，提出利用地质动力区划方法对冲击地压强度等级进行分类。所述现代构造应力场所产生的原岩能量包括自重应力场下能量和构造应力场下能量。自重应力场下能量WZ为：式中：E-弹性模量，GPa；μ-单元体的泊松比；γ-上覆岩层的平均容重，KN/m3；H-单元体所处位置的深度，m；R-冲击地压系统尺度半径，m。所述构造应力场下能量WG为：式中：k1-最大主应力应力集中系数；k2-中间主应力应力集中系数；k3-最小主应力应力集中系数。区域煤岩体的变形和应力变化是自然条件下原岩能量基础，原岩能量主要由自重应力场下的能量和构造应力场下的能量两部分组成。由于矿井地质条件复杂多变，导致井田构造和地应力场分布格局也相对复杂。因此，要按开采深度、断裂构造、顶板岩性等对研究区域原岩应力值大小及分布情况进行分析计算，进而对能量值大小及分布进行分析计算，划分高能量区、低能量区。基于所述现代构造应力场所产生的原岩能量和所述设定的面波震级的能量的对应关系，确定所述冲击地压系统尺度半径；基于所述原岩能量和/或所述面波震级的能量，以及所述冲击地压系统尺度半径，确定相应的能量密度作为所述临界能量密度。所述设定的面波震级为2级。面波震级ML在2级以上，伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波，因此，当煤体在开采条件下，达到面波震级为2级时，确定为强冲击地压危险。第二方面，本申请实施例提供了一种确定强烈冲击地压临界能量的装置，所述装置包括：获取模块，用于获取原岩能量，和设定的面波震级；计算模块，用于基于现代构造应力场所产生的原岩能量和所述设定的面波震级的能量的对应关系，确定冲击地压系统尺度半径；基于所述原岩能量和/或所述面波震级的能量、以及所述冲击地压系统尺度半径，确定相应的能量密度作为强冲击地压的临界能量密度。第三方面，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强烈冲击地压临界能量的方法。本申请实施例提供的确定强烈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、决定了发生强冲击地压的临界能量条件。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相当于设定震级的强冲击地压的临界能量，能在根源上预防冲击地压，并能预测待建的矿井是否会发生强烈的冲击地压，在矿井施工前就能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，通常在此附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如
技术介绍
中所说，目前，关于煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定强烈冲击地压临界能量的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取原岩煤体总能量；确定设定的面波震级；基于所述原岩煤体总能量和所述设定的面波震级的能量的关系，确定强烈冲击地压的临界能量。

【技术特征摘要】
1.一种确定强烈冲击地压临界能量的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取原岩煤体总能量；确定设定的面波震级；基于所述原岩煤体总能量和所述设定的面波震级的能量的关系，确定强烈冲击地压的临界能量。2.根据权利要求1所述的确定强烈冲击地压临界能量的方法，其特征在于，通过相应的临界能量密度来表达相应的所述临界能量。3.根据权利要求2所述的确定强烈冲击地压临界能量的方法，其特征在于，所述原岩煤体总能量考虑现代构造应力场。4.根据权利要求3所述的确定强烈冲击地压临界能量的方法，其特征在于，所述现代构造应力场所产生的原岩能量包括自重应力场下能量和构造应力场下能量。5.根据权利要求4所述的确定强烈冲击地压临界能量的方法，其特征在于，自重应力场下能量WZ为：式中：E-弹性模量，GPa；μ-单元体的泊松比；γ-上覆岩层的平均容重，KN/m3；H-单元体所处位置的深度，m；R-冲击地压系统尺度半径，m。6.根据权利要求5所述的确定强烈冲击地压临界能量的方法，其特征在于，所述构造应力场下能量WG为：式中：k1-最大主应力应力集中系数；k...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，李晓鹏，张立新，黄彦军，宝金海，李阳，彭军，韩伟，张大明，李刚，刘光伟，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