【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿开采及煤矿安全，尤其涉及一种深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法。
技术介绍
1、随着煤炭资源的深度开发，冲击地压灾害日趋严重，大的开采深度下发生冲击地压的环境条件也日趋复杂，冲击地压成为煤矿安全生产的最大阻力。冲击地压矿井的防控是深部矿井安全生产的关键手段，巷道支护是避免深部冲击地压矿井发生伤亡事故的最后保障，而大采深、高地应力以及强扰动环境下巷道支护的安全性受到极大的挑战。巷道支护在受到大能量的矿震扰动下极易发生失效，导致巷道围岩冲击破坏，但支护系统所能抵御的大能量矿震的能量等级很难确定，因此导致深部冲击地压矿井在进行巷道支护设计时总会过强或者欠缺，如过强则会增大开采成本，而欠缺则在发生冲击地压时无法有效对巷道进行支护，最终可能造成人员伤亡。
2、因此，如何提供一种新的方法，使其能对深部矿井煤层巷道支护的抗矿震能力进行精准评估，对于实现深部矿井煤层巷道支护合理设计、有效抵御大能量矿震的冲击具有重大的实践意义与应用推广。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，能对深部矿井煤层巷道支护的抗矿震能力进行精准评估，对于实现深部矿井煤层巷道支护合理设计、有效抵御大能量矿震的冲击具有重大的实践意义与应用推广。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，具体步骤为：
3、s1、收集矿井地质资料、煤层巷道支护设计资料
4、s2、通过理论验算方法和数值模拟方法分别计算获得巷道支护失效时的极限质点峰值速度，接着从安全性的角度考虑，将二者进行对比，取二者中极限质点峰值速度最小值作为巷道支护失效时极限质点峰值速度；
5、s3、根据步骤s2得到的巷道支护失效时极限质点峰值速度，计算其所对应的矿震传播至巷道的震动能量；
6、s4、通过统计分析矿井矿震能量的耗散规律，推算导致巷道支护失效的矿震震源极限能量；
7、s5、对比步骤s4中巷道支护失效时的矿震极限能量与不同抗矿震能力等级对应的矿震能量，最终评定煤层巷道支护的抗矿震能力。
8、进一步，所述步骤s2中理论验算方法具体为：巷道支护失效的极限状态下，顶板或者帮部支护系统所吸收的能量大小等于顶板或者帮部围岩冲击失稳所释放的能量，则根据以下公式理论计算巷道支护失效时的极限质点峰值速度：
9、
10、式中，ppvr，ppvs分别表示巷道顶板和帮部支护失效时的极限质点峰值速度，m/s；ar,br分别表示巷道顶板的锚杆数量和锚索数量；分别为极限状态下巷道顶板锚杆和锚索吸收的能量，kj；分别为巷道顶板锚杆和锚索的排距，m；as,bs分别表示巷道帮部的锚杆数量和锚索数量；分别为极限状态下巷道帮部锚杆和锚索吸收的能量，kj；分别为巷道帮部锚杆和锚索的排距，m；l,w分别为巷道的宽和高，m；ρ为巷道煤岩体密度，取1.4×103kg/m3，l1,l2分别为巷道顶板和帮部煤岩体冲击失稳的深度，m，根据计算得到的ppvr与ppvs，取二者最小值为理论验算方法得到的巷道支护失效时极限质点峰值速度ppvl。
11、进一步，所述步骤s2中数值模拟方法具体为：根据矿井实际地质条件和巷道支护条件建立数值模型，模型初始平衡后，施加不同质点峰值速度的动载波，巷道支护刚好失效时所施加的动载波的质点峰值速度即为数值模拟确定的极限质点峰值速度ppvm。
12、进一步，所述步骤s2中确定巷道支护失效时极限质点峰值速度ppv的具体过程为：理论验算方法和数值模拟方法进行对比，取二者中极限质点峰值速度最小值作为巷道支护失效时极限质点峰值速度，确定方式如下：
13、ppv＝min{ppvl,ppvm}
14、从而得到巷道支护失效时极限质点峰值速度ppv。
15、进一步，所述步骤s3具体为：支护失效时的极限质点峰值速度与所对应的矿震传播至巷道的震动能量的关系如下：
16、
17、式中，ei为矿震传播至巷道的震动能量，j；δ为等效系数；f为支护失效时的矿震频率，hz。
18、进一步，所述步骤s4具体为：统计分析矿震能量耗散规律时，首先确定矿震质点峰值速度的耗散系数，计算公式如下：
19、
20、式中，ppvi为矿震监测检波器i接收到的质点峰值速度，m/s；ppv0为矿震震源处的质点峰值速度，m/s；di为矿震震源与矿震监测检波器i之间的距离，m；γ为矿震的质点峰值速度的耗散系数；
21、然后，导致支护失效的矿震极限能量的耗散方程通过下式进行计算：
22、
23、式中，e0为导致支护失效的矿震震源的极限能量，j；ei为导致支护失效的矿震传播至矿震传播至巷道的震动极限能量，j；r0为导致支护失效的矿震震源的破裂半径，m；ri为导致支护失效的矿震震源与巷道之间的距离，m。
24、进一步，所述步骤s5中不同抗矿震能力等级对应的矿震能量具体划分标准为：
25、e0≤5×104j的巷道支护的抗矿震能力评定为弱；
26、5×104j≤e0≤5×105j的巷道支护的抗矿震能力评定为一般；
27、e0≥5×105j的巷道支护的抗矿震能力评定为强。
28、与现有技术相比，本专利技术针对矿井实际的地质条件和煤层巷道支护情况，通过理论计算与数值模拟方法相结合，先确定巷道支护失效时极限质点峰值速度，接着计算其所对应的矿震传播至巷道的震动能量，然后通过统计分析矿井矿震能量的耗散规律，推算导致巷道支护失效的矿震震源极限能量，最后矿震震源极限能量结合划分标准，综合确定矿井煤层巷道支护的抗矿震能力，所得到的煤层巷道支护抗矿震能力评估结果贴合矿井实际，并且能较为准确地评估矿井煤层巷道支护所能抵御的矿震能量的等级，结果具有较高的准确性，为深部冲击地压矿井煤层巷道的支护参数设计与确定以及抗矿震能力评估提供较为准确且强有力的依据，具有很高的实际应用价值。
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1.一种深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，其特征在于，所述步骤S2中理论验算方法具体为：巷道支护失效的极限状态下，顶板或者帮部支护系统所吸收的能量大小等于顶板或者帮部围岩冲击失稳所释放的能量，则根据以下公式理论计算巷道支护失效时的极限质点峰值速度：
3.根据权利要求1所述深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，其特征在于，所述步骤S2中数值模拟方法具体为：根据矿井实际地质条件和巷道支护条件建立数值模型，模型初始平衡后，施加不同质点峰值速度的动载波，巷道支护刚好失效时所施加的动载波的质点峰值速度即为数值模拟确定的极限质点峰值速度PPVm。
4.根据权利要求1所述深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，其特征在于，所述步骤S2中确定巷道支护失效时极限质点峰值速度PPV的具体过程为：理论验算方法和数值模拟方法进行对比，取二者中极限质点峰值速度最小值作为巷道支护失效时极限质点峰值速度，确定方式如下：
5.根据权利要求1所述深部矿井煤层巷道支
6.根据权利要求1所述深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：统计分析矿震能量耗散规律时，首先确定矿震质点峰值速度的耗散系数，计算公式如下：
7.根据权利要求6所述深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，其特征在于，所述步骤S5中不同抗矿震能力等级对应的矿震能量具体划分标准为：
...【技术特征摘要】
1.一种深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，其特征在于，所述步骤s2中理论验算方法具体为：巷道支护失效的极限状态下，顶板或者帮部支护系统所吸收的能量大小等于顶板或者帮部围岩冲击失稳所释放的能量，则根据以下公式理论计算巷道支护失效时的极限质点峰值速度：
3.根据权利要求1所述深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力的评估方法，其特征在于，所述步骤s2中数值模拟方法具体为：根据矿井实际地质条件和巷道支护条件建立数值模型，模型初始平衡后，施加不同质点峰值速度的动载波，巷道支护刚好失效时所施加的动载波的质点峰值速度即为数值模拟确定的极限质点峰值速度ppvm。
4.根据权利要求1所述深部矿井煤层巷道支护抗矿震能力...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝琪，曹安业，贾剑，彭雨杰，陈卫军，刘耀琪，薛成春，陈云民，吕国伟，赵乾，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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