【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿冲击地压防控，尤其涉及一种判识层裂结构诱发冲击地压及预测冲击地压危险性的方法。
技术介绍
1、冲击地压的有效防控是一个全球性难题。据相关统计数据显示，我国20个省及自治区内拥有超过200座冲击地压矿井。随着煤炭开采逐渐向深部发展，冲击地压已成为我国煤矿深部开采所面临的主要动力灾害之一。在开采扰动作用下，围岩不断受挤压、拉裂等影响，新裂隙和煤岩体原生裂隙不断产生，最终形成裂隙集中带。这些裂隙在压应力的作用下容易联合、贯通，并扩展成狭长的裂纹，最终形成层裂结构。大量冲击地压破坏特征显示，冲击地压往往发生于高压应力集中区域，通常是由与巷道自由表面平行的裂纹扩展引起的，即冲击地压的发生与巷道围岩层裂结构密切相关。层裂结构在压载荷的作用下容易积聚大量弹性能，由于受到的约束力相对较小，因此其发生冲击破坏的极限载荷也较小，容易在外界载荷的作用下诱发冲击地压的显现。总的来说，层裂结构容易发生失稳破坏并释放大量能量，具有较强的诱冲能力，往往造成巷道严重的损坏和变形，严重影响了冲击地压矿井的安全生产效益。但是，现有技术还鲜少有判识工作面是否存在层裂结构诱发冲击地压以及预测层裂结构带来的冲击地压危险等级的方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种判识层裂结构诱发冲击地压及预测冲击地压危险性的方法，用以解决现有技术存在的问题，本专利技术提供的技术方案如下：
2、一方面，提供了一种判识层裂结构诱发冲击地压及预测冲击地压危险性的方法，所述方法包括：
3、s1、确定
4、s2、研判待判识区域内的围岩是否存在层裂结构；
5、s3、如果所述待判识区域内存在层裂结构，结合待判识区域历史冲击地压破坏的方向性，判识所述待判识区域是否存在层裂结构诱发冲击地压；
6、s4、提出层裂结构形成的冲击地压危险性的预测指标和冲击地压危险性分级方法；
7、s5、计算所述待判识区域内层裂结构形成的冲击地压危险性的预测指标的具体值，并依据所述冲击地压危险性分级方法，预测所述待判识区域的冲击危险等级。
8、可选地，所述s2，具体包括：
9、s21、通过仿真数值模拟或者现场探测，分析所述待判识区域内的围岩的主要裂隙发育范围及其与自由边界的距离；
10、s22、依据仿真数值模拟或现场探测，分析所述待判识区域内的围岩的主要裂隙发育方向与自由边界的夹角；
11、s23、采集所述待判识区域内的围岩的主要裂隙发育范围的各个方向的应力，其中平行于主要裂隙发育方向的围岩压应力为挤压应力，垂直于主要裂隙发育方向的围岩应力为约束应力；
12、s24、当满足下面三种情况：主要裂隙发育范围与挤压应力分布区域存在重叠、主要裂隙发育方向与自由边界的夹角较小或接近平行、挤压应力明显大于约束应力，判断所述待判识区域内存在层裂结构，层裂结构分布在主要裂隙发育区内。
13、可选地，所述s3，具体包括：
14、s31、根据层裂结构的失稳系数k，分析所述待判识区域内的层裂结构是否容易发生失稳破坏；
15、所述层裂结构的失稳系数k为围岩受力的莫尔圆半径r与莫尔圆圆心到强度曲线的距离d之比，由下式计算：
16、
17、式中，σ1为最大主应力，σ3为最小主应力，c为内聚力，为内摩擦角；k∈[0,1]，k越小，说明围岩受力大小与极限应力差值越大，围岩越稳定；k越大，认为层裂结构越容易发生失稳破坏；k＝1时，表明煤岩体受力已经达到了极限强度，将会发生破坏；
18、s32、分析层裂结构是否满足诱发冲击地压的能量条件；
19、通过仿真数值模拟或者现场探测，采集层裂结构围岩各向主应力，层裂结构积聚的弹性能u通过下式进行计算：
20、
21、式中，e、v分别为弹性模量和泊松比，σ2为中间主应力；
22、当层裂结构积聚的弹性能u可以满足层裂结构破坏消耗的最小能量wf、耗散能wd，同时能够向煤体提供动能wv，wv>0，层裂结构满足诱发冲击地压的能量条件，表示为：
23、
24、式中，σc为单轴抗压强度；
25、s33、统计所述待判识区域历次冲击地压的冲击破坏特征，根据所述冲击破坏特征确定所述待判识区域历史冲击地压破坏的方向性；
26、s34、当所述层裂结构的失稳系数k值较高、而且能满足发生诱发冲击地压的能量条件时，所述层裂结构具备诱冲能力；进一步如果所述待判识区域历史冲击地压破坏的方向和所述层裂结构的方向存在相同或相近似，则判识所述待判识区域存在层裂结构诱发冲击地压。
27、可选地，所述s4，具体包括：
28、结合层裂结构是否容易发生失稳破坏以及层裂结构诱发冲击地压的能量条件，提出层裂结构形成的冲击地压危险性的预测指标r：
29、
30、其中r的取值为0～1，r值越大冲击地压危险性越大，依据r的计算结果对层裂结构的冲击地压危险性进行量化分级，具体分为：r的取值0～0.25，无冲击危险；r的取值0.25～0.5，弱冲击危险；r的取值0.5～0.75，中等冲击危险；r的取值0.75～1，强冲击危险。
31、可选地，所述s5，具体包括：
32、计算所述待判识区域内层裂结构形成的冲击地压危险性的预测指标r的具体值，将待判识区域内r值计算结果最大值所对应的冲击危险等级，作为预测的待判识区域的冲击危险等级。
33、另一方面，提供了一种判识层裂结构诱发冲击地压及预测冲击地压危险性的系统，包括：
34、确定模块，用于确定待判识区域；
35、研判模块，用于研判待判识区域内的围岩是否存在层裂结构；
36、判识模块，用于如果所述待判识区域内存在层裂结构，结合待判识区域历史冲击地压破坏的方向性，判识所述待判识区域是否存在层裂结构诱发冲击地压；
37、提出模块，用于提出层裂结构形成的冲击地压危险性的预测指标和冲击地压危险性分级方法；
38、计算模块，用于计算所述待判识区域内层裂结构形成的冲击地压危险性的预测指标的具体值，并依据所述冲击地压危险性分级方法，预测所述待判识区域的冲击危险等级。
39、可选地，所述研判模块，具体用于：
40、通过仿真数值模拟或者现场探测，分析所述待判识区域内的围岩的主要裂隙发育范围及其与自由边界的距离；
41、依据仿真数值模拟或现场探测，分析所述待判识区域内的围岩的主要裂隙发育方向与自由边界的夹角；
42、采集所述待判识区域内的围岩的主要裂隙发育范围的各个方向的应力，其中平行于主要裂隙发育方向的围岩压应力为挤压应力，垂直于主要裂隙发育方向的围岩应力为约束应力；
43、当满足下面三种情况：主要裂隙发育范围与挤压应力分布区域存在重叠、主要裂隙发育方向与自由边界的夹角较小或接近平行、挤压应力明显大于约束应力，判断本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种判识层裂结构诱发冲击地压及预测冲击地压危险性的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2，具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3，具体包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S4，具体包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S5，具体包括：
6.一种判识层裂结构诱发冲击地压及预测冲击地压危险性的系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述研判模块，具体用于：
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述判识模块，具体用于：
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述提出模块，具体用于：
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述计算模块，具体用于：
【技术特征摘要】
1.一种判识层裂结构诱发冲击地压及预测冲击地压危险性的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s2，具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s3，具体包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述s4，具体包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述s5，具体包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：钟涛平，李振雷，陈泽民，宋大钊，周超，胡旭聪，张无敌，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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