基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法技术

本公开提出一种基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法，包括：对第一煤岩样本进行三轴压缩实验，获得峰值应力，根据峰值应力对第二煤岩样本进行三轴循环加卸载实验，以获得三轴循环加卸载应力

【技术实现步骤摘要】
基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法


[0001]本公开涉及地质预警
，尤其涉及一种基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法。

技术介绍

[0002]冲击地压是煤矿井下常见的一种煤岩动力灾害，一般表现为临空岩体内部积聚大量的弹性能突然猛烈释放，摧毁岩体的同时向采掘空间抛入大量岩石碎屑并伴随爆炸声响与冲击波。随着矿井开采深度的增加，煤矿生产环境越发复杂，冲击地压灾害威胁日益加剧，成为困扰煤矿安全高效生产的重大问题。因此，迫切需要提出一种高效、准确的煤岩冲击倾向性评价方法，这对于煤矿井下冲击地压灾害预警具有重要意义。
[0003]相关技术中，基于能量角度提出的煤岩冲击倾向性评价指标包括弹性能量指数WET、冲击能量指数KE、修正冲击能指数WCP
’
、冲击能量速度指数WST、有效弹性能释放速率指数KET、剩余弹性能指数CEF、峰值应变能存储指数WETp等等。然而，相关技术中的指数均是根据单轴应力
‑
应变曲线所反映的各种分析角度下的能量密度关系所建立的，也就是说仅仅是根据煤岩实验结果分析，缺乏对煤岩内部能量耗散与转化关系的系统研究。因此，现有的煤岩冲击倾向性评价指标虽然很多，但是缺少足够的理论依据，需要提出一种可以充分反映煤岩能量特征的煤岩冲击倾向性评价方法。

技术实现思路

[0004]本申请提出了一种基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法及装置，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]本申请第一方面实施例提出了一种基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法，包括：对第一煤岩样本进行三轴压缩实验，以获得峰值应力；根据峰值应力对第二煤岩样本进行三轴循环加卸载实验，以获得三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线；基于三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线表征的外力做功、弹性能增量以及损伤耗散能的守恒关系，求解煤岩能量平衡微分方程；确定煤岩能量平衡微分方程中影响煤岩破坏程度的目标参数，并根据目标参数确定评价指标；根据三轴循环加卸载实验的实验数据计算评价指标的指标值；以及基于预先设定的评价规则，确定指标值对应的煤岩冲击倾向性评价结果。
[0006]本申请第二方面实施例提出了一种基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价装置，包括：第一实验模块，用于对第一煤岩样本进行三轴压缩实验，以获得峰值应力；第二实验模块，用于根据峰值应力对第二煤岩样本进行三轴循环加卸载实验，以获得三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线；求解模块，用于基于三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线表征的外力做功、弹性能增量以及损伤耗散能的守恒关系，求解煤岩能量平衡微分方程；确定模块，用于确定煤岩能量平衡微分方程中影响煤岩破坏程度的目标参数，并根据目标参数确定评价指标；计算模块，用于根据三轴循环加卸载实验的实验数据计算评价指标的指标值；以及评价模块，用于基于预先设定的评价规则，确定指标值对应的煤岩冲击倾向性评价结果。
[0007]本申请第三方面实施例提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本申请实施例的基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法。
[0008]本申请第四方面实施例提出了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本申请实施例公开的基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法。
[0009]本实施例中，通过对第一煤岩样本进行三轴压缩实验，以获得峰值应力，并根据峰值应力对第二煤岩样本进行三轴循环加卸载实验，以获得三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线，并基于三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线表征的外力做功、弹性能增量以及损伤耗散能的守恒关系，求解煤岩能量平衡微分方程，并确定煤岩能量平衡微分方程中影响煤岩破坏程度的目标参数，并根据目标参数确定评价指标，并根据三轴循环加卸载实验的实验数据计算评价指标的指标值，以及基于预先设定的评价规则，确定指标值对应的煤岩冲击倾向性评价结果，能够对煤岩全应力
‑
应变过程、煤岩损伤破坏全过程施加能量约束，推导出煤岩内部能量关系的微分方程，并提出微分方程中的目标参数作为煤岩动态破坏判据，从而实现对煤岩冲击进行准确评价的效果。
[0010]本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
[0011]本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0012]图1是本公开一实施例提出的基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法的流程示意图；
[0013]图2是本公开实施例提出的三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线的示意图；
[0014]图3是本公开实施例提出的第一拟合曲线的示意图；
[0015]图4是本公开实施例提出的第二拟合曲线的示意图；
[0016]图5是本公开另一实施例提出的基于能量耗散的煤岩冲击倾向性评价装置的示意图；
[0017]图6示出了适于用来实现本申请实施方式的示例性计算机设备的框图。
具体实施方式
[0018]下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0019]其中，需要说明的是，本实施例的基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法的执行主体可以为基于能量耗散的煤岩冲击倾向性评价装置，该装置可以由软件
和/或硬件的方式实现，该装置可以配置在电子设备中，电子设备可以包括但不限于终端、服务器端等。
[0020]图1是根据本公开一实施例提供的基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法的流程示意图。参考图1所示，该方法包括：
[0021]S101：对第一煤岩样本进行三轴压缩实验，以获得峰值应力。
[0022]其中，本实施例中用于实验的煤岩样本可以被称为第一煤岩样本和第二煤岩样本(也可以称为煤岩试件)。具体地，在实际应用中，可以根据规范标准《工程岩石标准试验方法》(GB/T 50266
‑
2013)，将工程现场采集的岩芯加工成尺寸为φ50
×
100mm的标准圆柱试样，制备a、b两组煤岩试样，分别对应于本实施例的第一煤岩样本和第二煤岩样本。
[0023]本实施例中，可以根据工程现场围岩应力情况，设置围压数值，并控制实验系统对第一煤岩样本(a组煤岩式样)进行常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能量耗散与转化机理的煤岩冲击倾向性评价方法，其特征在于，所述方法包括：对第一煤岩样本进行三轴压缩实验，以获得峰值应力；根据所述峰值应力对第二煤岩样本进行三轴循环加卸载实验，以获得三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线；基于所述三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线表征的外力做功、弹性能增量以及损伤耗散能的守恒关系，求解煤岩能量平衡微分方程；确定所述煤岩能量平衡微分方程中影响煤岩破坏程度的目标参数，并根据所述目标参数确定评价指标；根据所述三轴循环加卸载实验的实验数据计算所述评价指标的指标值；以及基于预先设定的评价规则，确定所述指标值对应的煤岩冲击倾向性评价结果。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述三轴循环加卸载应力
‑
应变曲线表征的外力做功、弹性能增量以及损伤耗散能的守恒关系，求解煤岩能量平衡微分方程，包括：分别确定所述外力做功、弹性能增量以及损伤耗散能的微分式；以及基于能量守恒定律和所述微分式，求解所述煤岩能量平衡微分方程，其中，所述煤岩能量平衡微分方程表示为：其中，E0表示煤岩初始弹性模量；表示σ1、σ2、σ3三个方向应力的平均应力，其中，ε3等于围压；ε
1e
表示轴向弹性应变；k表示煤岩材料参数；D表示煤岩损伤量；ε1表示轴向应变；μ表示煤岩泊松比；Y表示损伤耗能率；表示单位损伤释放弹性能。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述外力做功的微分式δw表示为：δw＝σ1dε1‑
σ2dε2‑
σ3dε3＝E0[1
‑
exp(
‑
0.02σ
M
)](1
‑
D)ε
1e
dε1‑
2σ3(μ
‑
Kσ3D)dε1其中，w表示外力做功，ε2、ε3表示环向应变，且ε2＝ε3＝(μ
‑
Kσ3D)ε1。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述弹性能增量的微分式de表示为：其中，e表示弹性能。5.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周天白，程健，张晓雨，骆意，孙闯，田文龙，石林松，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：