一種堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性預測分析方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及煤礦沖擊地壓災害的領域，尤其設及一種堅硬頂板礦井沖擊地壓災害 危險性預測分析方法。
【背景技術】
[0002] 煤礦沖擊地壓是指井巷或工作面周圍巖體，由于彈性變形能的瞬時釋放而產(chǎn)生突 然劇烈破壞的動力現(xiàn)象，常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象。它往往造成采掘空間中支 護設備的破壞W及采掘空間的變形，嚴重時造成人員傷亡和井巷的毀壞，甚至引起地表塌 陷而造成局部地震，它具有很大的破壞性，是煤礦重大災害之一，主要發(fā)生在煤炭開采過 程中。
[0003] 綜觀發(fā)生在煤礦的沖擊地壓可W看出，沖擊地壓現(xiàn)象具有W下典型特征：
[0004] (1)發(fā)生時間；一般發(fā)生在堅硬頂板裂斷，工作面大面積來壓期間；
[0005] (2)發(fā)生區(qū)域：一般發(fā)生在工作面前方100m范圍內的高應力區(qū)域或地質構造尖變 區(qū)域；
[0006] (3)發(fā)生原因；堅硬頂板裂斷沖擊、放炮等動力沖擊；
[0007] (4)發(fā)生顯現(xiàn)：巷道斷面收縮最大可達90%，工作面支架等采煤裝備損毀。
[000引盡管現(xiàn)有技術中在沖擊地壓發(fā)生機理、監(jiān)測手段及控制技術等研究方面取得了重 要進展，但還遠沒有從根本上解決其有效預測和防治問題。我國煤礦礦井大多建于五六十 年代，隨著時間推移和礦產(chǎn)資源開發(fā)向深部轉移，該些礦井將進入深部開采，沖擊地壓災害 問題將更趨嚴重、更為突出、更為普遍。
[0009] 沖擊地壓預測方法可W概括為兩大類；一類是W現(xiàn)場監(jiān)測為主的預報方法，通過 對沖擊地壓敏感的某個指標進行監(jiān)測，如電磁福射、聲發(fā)射等，分析該些監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī) 律，比較危險狀態(tài)與實際狀態(tài)間的差別，從而實現(xiàn)對沖擊地壓的預測；另一類是運用與沖擊 地壓密切相關的物理力學參數(shù)及某些監(jiān)測數(shù)據(jù)運用數(shù)學建模的方法進行預測，建模時，運 用有關的參數(shù)和數(shù)據(jù)，如；沖擊能量指數(shù)、鉆孔煤粉量、煤層及頂?shù)装宓奈锢砹W參數(shù)性質、 開采深度等，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊數(shù)學、綜合指數(shù)評價等方法。監(jiān)測法側重數(shù)據(jù)表面變化 而對數(shù)據(jù)深層次的分析不夠，數(shù)學建模是對數(shù)據(jù)的預測，不能做到實時監(jiān)測。采用多種方法 進行綜合預測預報成為目前沖擊地壓預測預報的主要發(fā)展方向。到目前為止，由于綜合預 報法的不可定量的特點，還沒有被廣大工程技術人員接受。目前技術提出的"基于混濁時 序預測方法的沖擊地壓預測研究"是運用數(shù)學方法對檢測數(shù)據(jù)的變化趨勢進行預測，但是 不能做到實時監(jiān)測；沖擊地壓的應力增量預報法，雖然能做到定量預測，但參數(shù)計算相對復 雜，針對不同的情況還要對不同的參數(shù)賦上相應的權值，該都對預測的效果起到一定的影 響；模式識別的方法對沖擊地壓進行預測，但是所提取的特征參數(shù)W及權值、闊值對該個預 測系統(tǒng)都有較大的影響，但該些參數(shù)的確定具有不唯一性，而且對災害預測還不能做到科 學定量。

【發(fā)明內容】

[0010] 鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供的一種堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性 預測分析方法，將礦井內堅硬頂板裂斷誘發(fā)的沖擊地壓災害等級進行科學量化，該方法能 對堅硬頂板裂斷誘發(fā)的沖擊地壓災害等級進行實時預測分析。
[0011] 為解決上述技術問題，本發(fā)明方案包括；一種堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性 預測分析方法，其中，其包括W下步驟：
[0012] 步驟一，獲取堅硬頂板礦井已經(jīng)發(fā)生之沖擊地壓災害的力學參數(shù)，將力學參數(shù)代 入微震的能量釋放方程中，獲得高應力區(qū)域的能量增加度REC ;
[0013] 步驟二，定量表征多種煤礦支護系統(tǒng)，獲取對應煤礦支護系統(tǒng)的能量吸收度AEC， 根據(jù)多次已經(jīng)發(fā)生之沖擊低壓災害的能量增加度REC與對應煤礦支護系統(tǒng)之能量吸收度 AEC的比值范圍確定沖擊地壓災害等級RDP，根據(jù)沖擊地壓災害等級RDP建立沖擊地壓災害 危險預測分析框架；
[0014] 步驟=，計算新發(fā)生的堅硬頂板裂斷過程中采掘高應力區(qū)域沖擊地壓產(chǎn)生的能量 增加度REC，并與已經(jīng)建立的沖擊地壓災害危險預測分析框架進行對比，確定其災害度在沖 擊地壓災害等級RDP中的位置。
[0015] 所述的堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性預測分析方法，其中，步驟一中所述能 量釋放方超為：
[0016]
【主權項】
1. 一種堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性預測分析方法，其特征在于，其包括以下步 驟： 步驟一，獲取堅硬頂板礦井已經(jīng)發(fā)生之沖擊地壓災害的力學參數(shù)，將力學參數(shù)代入微 震的能量釋放方程中，獲得高應力區(qū)域的能量增加度REC ; 步驟二，定量表征多種煤礦支護系統(tǒng)，獲取對應煤礦支護系統(tǒng)的能量吸收度AEC，根據(jù) 多次已經(jīng)發(fā)生之沖擊低壓災害的能量增加度REC與對應煤礦支護系統(tǒng)之能量吸收度AEC的 比值范圍確定沖擊地壓災害等級RDP，根據(jù)沖擊地壓災害等級RDP建立沖擊地壓災害危險 預測分析框架； 步驟三，計算新發(fā)生的堅硬頂板裂斷過程中采掘高應力區(qū)域沖擊地壓產(chǎn)生的能量增加 度REC，并與已經(jīng)建立的沖擊地壓災害危險預測分析框架進行對比，確定其災害度在沖擊地 壓災害等級RDP中的位置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性預測分析方法，其特征在 于，步驟一中所述能量釋放方程為：
其中的力學參數(shù)為： Edq為微震震源傳遞到距離高應力區(qū)域時能量值； Etl為高應力區(qū)域集聚能量數(shù)值； Ed為微震震源能量； Φ為能量衰減系數(shù)； K為應力集中系數(shù)； R為高應力區(qū)域與微震震源距離。
3. 根據(jù)權利要求1所述的堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性預測分析方法，其特征在 于，步驟二中所述對應煤礦支護系統(tǒng)的能量吸收度AEC為： AEC = P單位面積支護載荷/P單位面積原巖應力。
4. 根據(jù)權利要求1所述的堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性預測分析方法，其特征在 于，步驟二中所述沖擊地壓災害等級的數(shù)值為：
5. 根據(jù)權利要求4所述的堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性預測分析方法，其特征在 于，步驟二中所述沖擊地壓災害危險預測分析框架為： 一級：工作區(qū)域沒有或有極小破壞；二級：工作區(qū)域巷道斷面收縮率在1% -20%之間； 三級：工作面區(qū)域巷道斷面收縮率在20%-40%之間；四級：工作面區(qū)域巷道斷面收縮率在 40% -80%之間；五級：工作面區(qū)域巷道斷面收縮率在40% -80%之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性預測分析方法，其包括：基于發(fā)生的沖擊地壓災害，將獲取的力學參數(shù)代入能量釋放方程中，獲得能量增加程度REC；依據(jù)劃分的六種支護方案定量表征能量吸收程度AEC；沖擊地壓災害潛力RDP＝10REC/AEC，按照對采掘影響程度劃分具體礦井沖擊地壓災害危險預測分析框架；計算新發(fā)生的堅硬頂板裂斷過程中采掘高應力區(qū)域沖擊地壓災害潛力，并與已經(jīng)建立的沖擊地壓災害危險預測分析框架進行對比，確定其災害程度。本發(fā)明將礦井內堅硬頂板裂斷誘發(fā)的沖擊地壓災害潛力進行科學量化，計算方法簡單、所需的力學參數(shù)易獲取，是一種簡單快捷的判別堅硬頂板礦井沖擊地壓災害危險性的預測分析方法。
【IPC分類】E21D11-00, E21F17-18
【公開號】CN104533443
【申請?zhí)枴緾N201410593113
【發(fā)明人】文志杰, 楊思通, 高浩政, 韓作振, 蔣宇靜, 連鴻全, 滕偉, 王洪彪, 王曉, 浦志強, 王榮超, 安偉, 張斌, 楊海濤
【申請人】山東科技大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年10月29日