一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法，包括：绘制应力

【技术实现步骤摘要】
一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法


[0001]本专利技术涉及煤岩钻进安全工程
，尤其涉及一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法。

技术介绍

[0002]随着煤炭开采深度和强度的不断增大，煤岩瓦斯突出地质灾害已成为煤矿普遍关注的安全问题，这种工程灾害是煤岩受应力变形破裂的作用结果。
[0003]目前，一般是在密闭空间内，通过探测技术和数字图像处理技术，对加载过程中煤岩体劣化作用特征进行获取与分析，以及加载过程中煤体裂隙演化过程的实时监测。核磁共振、CT扫描、超声波等是常用的辅助识别、确定煤体孔隙及裂缝结构特征的方法。然而，这些测试技术操作复杂、成本高、工作量大，且因取样、制样的过程中外界因素会影响煤体内部结构，影响实验的准确性和结果的可靠度，难以满足现场施工过程中的实时监测分析需求。
[0004]研究发现，煤体单轴加载过程的气体运移呈现一定的规律性，能够很好地展现煤体的孔隙裂隙演化情况和损伤程度。因此，煤体的气体运移状态可以作为研究煤体的孔隙裂隙演化情况和损伤程度的一种手段。然而，由于煤体孔隙结构和矿物组成复杂，导致不同煤体的压缩气体运移特征和孔隙裂隙演化具有差异性，目前还没有形成表征方法及规律性认识，未建立起基于压缩过程中气体运移规律评价孔隙裂隙演化情况和损伤程度的方法。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了如下技术方案。
[0006]本专利技术一方面提供了一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法，包括：获取煤岩径向加载实验过程中的应力数据和从煤岩中逸出气体的压力数据，并绘制应力
‑
时间曲线和气压
‑
时间曲线；根据所述应力
‑
时间曲线计算得到第一评价值k并绘制第一评价值
‑
时间曲线，其中，所述第一评价值为应力
‑
时间曲线斜率的函数；在所述第一评价值
‑
时间曲线中，所述第一评价值为最大值时对应的时间为t2，当t>t2时，利用气压
‑
时间曲线，根据如下公式计算气压波动性评价值f、裂纹产生时的断裂能评价值g和损伤劣度评价值r：
利用气体负压区数据计算f，其中：n是气压抖动顶点的总数量，n1是气压抖动顶点落在常规波动区的数量，n2是气压抖动顶点落在一般抖动区的数量，n3是气压抖动顶点落在强力抖动区的数量，m1、m2、m3为重要性系数，y为气压抖动幅值，y
i
为标号为i的气压抖动的幅值，n
y
为y处于指定范围内的气压抖动顶点的数量，为气压平均抖动幅值，y
max
为气压最大抖动幅值，p1为气压抖动幅值小于的概率；其中，为气压抖动幅值最大的抖动的持续时间，如果为强力抖动，取强力抖动持续时间；如果为一般抖动，取一般抖动持续时间，m0为调整系数，为内应力的最大值与最小值之差的绝对值，
max
为内应力的最大值，P
max
为加载过程中的最大正气压，P
min
为加载过程中的最小负气压；其中，为分配系数；根据k、r和g评价煤岩所处损伤阶段，根据r评价煤岩损伤劣度。
[0007]优选地，所述方法还包括：当t≤t2且所述第一评价值为最大值的0.57倍时，t=t1，或者，当t≤t2且所述第一评价值为2.15时，t=t1；当t≤t1时，煤岩处于原生孔隙压密闭合阶段；当t1<t≤t2时煤体处于弹性均质变形阶段。
[0008]优选地，所述根据所述应力
‑
时间曲线计算得到第一评价值包括：根据所述应力数据绘制应力
‑
时间的理想曲线和拟合曲线，并计算得到理想曲线斜率k1和拟合曲线斜率k2；利用如下公式计算得到第一评价值k：k=k1‑
k2。
[0009]优选地，所述理想曲线斜率k1按照如下公式进行计算：其中，为应力，t为加载时间，为加载时间变量。
[0010]优选地，当气压抖动为强力抖动或一般抖动时，若，则m0取0.7；若抖动幅值大于500Pa时，则m0取0.6；否则m0取1.0；当无强力抖动和一般抖动时，m0取0。
[0011]优选地，所述常规波动区对应的气压区间为（0,40]和（0,
‑
40]，所述一般抖动区对
应的气压区间为（40,100]和（
‑
40,
‑
100]，所述强力抖动区对应的气压区间为（100，+∞）和（
‑
100，
‑
∞）。
[0012]优选地，所述根据k、r和g评价煤岩所处损伤阶段，根据r评价煤岩损伤劣度，包括：k≤2.15时，煤岩处于原生孔隙压密闭合阶段；2.15<k≤6.5时，煤岩处于弹性均质变形阶段；k>6.5，且g>3.65或r>0.32时，煤岩处于峰后破坏阶段；k>6.5，且g≤3.65和r≤0.15时，煤岩处于裂隙稳定延伸阶段；k>6.5，且g≤3.65和0.15<r≤0.32，煤岩处于裂隙加速延伸阶段；r值越大，煤岩的劣化损伤越严重。
[0013]优选地，所述方法还包括：对煤岩进行预处理，并放入装置中进行加载实验；将煤岩与引导通道连接，导出气体并监测压力；对实验过程中的应力进行监测。
[0014]本专利技术第二方面还提供了一种存储器，存储有多条指令，所述指令用于实现如第一方面所述的方法。
[0015]本专利技术第三方面还提供了一种电子设备，包括处理器和与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行如第一方面所述的方法。
[0016]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的评价煤岩损伤劣度的方法，以煤体的气体运移状态作为研究煤体的孔隙裂隙演化情况和损伤程度的手段，建立起基于压缩过程中气体运移规律评价孔隙裂隙演化情况和损伤程度的方法，并形成了表征方法及规律性认识，解决了现有技术中由于煤体孔隙结构和矿物组成复杂，导致不同煤体的压缩气体运移特征和孔隙裂隙演化具有差异性，无法规律性的利用气体运移规律评价孔隙裂隙演化情况和损伤程度的问题，对于实际的工程具有预测和指导意义。
附图说明
[0017]图1为本专利技术所述基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法流程示意图。
[0018]图2为本专利技术所述第一评价值
‑
时间曲线图；图3为本专利技术所述气压
‑
时间曲线图；图4为本专利技术一实施例的损伤劣度评价参数及结果示意。
具体实施方式
[0019]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
[0020]本专利技术提供的方法可以在如下的终端环境中实施，该终端可以包括一个或多个如下部件：处理器、存储器和显示屏。其中，存储器中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法，其特征在于，包括：获取煤岩径向加载实验过程中的应力数据和从煤岩中逸出气体的压力数据，并绘制应力
‑
时间曲线和气压
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时间曲线；根据所述应力
‑
时间曲线计算得到第一评价值k并绘制第一评价值
‑
时间曲线，其中，所述第一评价值为应力
‑
时间曲线斜率的函数；在所述第一评价值
‑
时间曲线中，所述第一评价值为最大值时对应的时间为t2，当t>t2时，利用气压
‑
时间曲线，根据如下公式计算气压波动性评价值f、裂纹产生时的断裂能评价值g和损伤劣度评价值r：值g和损伤劣度评价值r：值g和损伤劣度评价值r：利用气体负压区数据计算f，其中：n是气压抖动顶点的总数量，n1是气压抖动顶点落在常规波动区的数量，n2是气压抖动顶点落在一般抖动区的数量，n3是气压抖动顶点落在强力抖动区的数量，m1、m2、m3为重要性系数，y为气压抖动幅值，y
i
为标号为i的气压抖动的幅值，n
y
为y处于指定范围内的气压抖动顶点的数量，为气压平均抖动幅值，y
max
为气压最大抖动幅值，p1为气压抖动幅值小于的概率；其中，为气压抖动幅值最大的抖动的持续时间，如果为强力抖动，取强力抖动持续时间；如果为一般抖动，取一般抖动持续时间，m0为调整系数，为内应力的最大值与最小值之差的绝对值，为内应力的最大值，P
max
为加载过程中的最大正气压，P
min
为加载过程中的最小负气压；其中，为分配系数；根据k、r和g评价煤岩所处损伤阶段，根据r评价煤岩损伤劣度。2.如权利要求1所述的基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法，其特征在于，还包括：当t≤t2且所述第一评价值为最大值的0.57倍时，t=t1，或者，当t≤t2且所述第一评价值为2.15时，t=t1；当t≤t1时，煤岩处于原生孔隙压密闭合阶段；
当t1<t≤t2时煤体处于弹性均质变形阶段。3.如权利要求1或2所述的基于气体运移压力波动特征评价煤岩损伤劣度的方法，其特征在于，所述根据所述应力
‑
时间曲线计算得到第一评价值包括：根据所述应力数据绘制应力
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，蔡建超，李振，陶嘉平，赵梓宁，张衍君，陶志刚，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：