本發(fā)明涉及煤礦礦震預(yù)測，具體涉及一種大尺度菱形組合懸臂板對礦震影響的判斷方法。

背景技術(shù)：

1、在一些礦井中，礦震已經(jīng)成為最主要的災(zāi)害之一。這些礦震不僅頻繁地中斷和阻礙了礦井的日常生產(chǎn)活動，導致生產(chǎn)效率的大幅下降，還對礦區(qū)工作人員的生命安全構(gòu)成了嚴重威脅。此外，礦震還可能對礦區(qū)的設(shè)施與設(shè)備造成損壞，增加經(jīng)濟損失，嚴重時甚至可能導致礦井結(jié)構(gòu)的破壞，增加事故的發(fā)生風險。因此，礦震不僅是一個生產(chǎn)上的障礙，更是一個不容忽視的安全隱患。

2、但是目前對礦震仍難以進行有效的預(yù)測，因為缺乏準確計算礦震能量和震級的理論公式，只能通過監(jiān)測儀器獲取礦震的能量和震級，礦震只能先發(fā)生，后被監(jiān)測儀器接收到，不能有效預(yù)測礦震，因此礦井不能針對性地進行防治；盡管已經(jīng)提出了關(guān)鍵層斷裂型礦震能量計算公式，但是很難適用于開采條件復(fù)雜的情況，特別是對于非均厚開采條件下的礦井，其采場上方可能會形成大尺度的菱形組合懸臂板結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由于尺寸大，會積聚大量的應(yīng)變能，隨著開采擾動發(fā)生破斷，容易引發(fā)大能量礦震，進而造成井下和地面明顯的震感反應(yīng)，嚴重威脅礦井的安全生產(chǎn)，然而目前沒有關(guān)于組合懸臂板破斷型礦震能量計算的研究。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對以上問題，提出了一種大尺度菱形組合懸臂板對礦震影響的判斷方法，通過提前計算組合懸臂板破斷導致的礦震的能量和震級，從而能夠針對性地制定礦震災(zāi)害防治措施，確保礦井安全生產(chǎn)；所述方法包括如下步驟：

2、s1：將工作面沿走向劃分為a開采區(qū)域和b開采區(qū)域，a開采區(qū)域煤層的平均厚度為ma，b開采區(qū)域煤層的平均厚度為mb，ma大于mb；自a開采區(qū)域向b開采區(qū)域?qū)γ簩踊夭桑?/p>

3、s2：對工作面上覆巖層進行關(guān)鍵層判別，確定上覆巖層中關(guān)鍵層的分布；

4、s3：確定a開采區(qū)域的導水裂隙發(fā)育高度ha以及b開采區(qū)域的導水裂隙發(fā)育高度hb，并根據(jù)公式(1)計算組合懸臂板厚度h；

5、h＝ha-hb??????(1)

6、式中，h為組合懸臂板的厚度，m；ha為a開采區(qū)域?qū)严栋l(fā)育高度，m；hb為b開采區(qū)域?qū)严栋l(fā)育高度，m；

7、s4：確定組合懸臂板中關(guān)鍵層的位置，并將每一關(guān)鍵層所控制的多層巖層簡化為性質(zhì)一致的一個軟巖層組；確定組合懸臂板中關(guān)鍵層和軟巖層組的總層數(shù)n，以及各關(guān)鍵層和軟巖層組的彈性模量、重力密度、抗拉強度、厚度參數(shù)；

8、s5：采用公式(2)和(3)計算組合懸臂板的斷裂步距l(xiāng)

9、

10、式中，l為組合懸臂板的斷裂步距(m)；rt為組合懸臂板中最下部關(guān)鍵層的抗拉強度(pa)；q1為組合懸臂板中最下部關(guān)鍵層承受的組合懸臂板中上覆巖層載荷(n/m2)；e1為組合懸臂板中最下部關(guān)鍵層的彈性模量(pa)；ei為組合懸臂板中自下而上第i層關(guān)鍵層或者軟巖層組的彈性模量(pa)；h1為組合懸臂板中最下部關(guān)鍵層的厚度(m)；hi為組合懸臂板中自下而上第i層關(guān)鍵層或者軟巖層組的厚度(m)；γ1為組合懸臂板中最下部關(guān)鍵層的重力密度(n/m3)；γi為組合懸臂板中自下而上第i層關(guān)鍵層或者軟巖層組的重力密度(n/m3)；n為組合懸臂板中關(guān)鍵層和軟巖層組的總層數(shù)；

11、s6：采用公式(4)～(8)，計算組合懸臂板破斷導致的礦震能量e

12、e＝η(et+eg)????????(4)

13、

14、式中，e為礦震能量(j)，η為彈性變形能和重力勢能轉(zhuǎn)化為震動能量的轉(zhuǎn)化系數(shù)，一般取0.26％～3.6％；et為組合懸臂板破斷釋放的彈性變形能(j)；eg為組合懸臂板破斷后回轉(zhuǎn)下沉所釋放的重力勢能(j)；qi為組合懸臂板中自下而上第i層關(guān)鍵層或者軟巖層組承受的組合懸臂板中上覆巖層載荷(n/m2)；b為工作面寬度(m)；θ為組合懸臂板破斷后的回轉(zhuǎn)角度；ρi為組合懸臂板中自下而上第i層關(guān)鍵層或者軟巖層組的平均密度(kg/m3)；g為重力加速度(m/s2)；kp為巖石的殘余碎脹系數(shù)；ii為組合懸臂板中自下而上第i層關(guān)鍵層或者軟巖層組的斷面慣性矩(m4)；mb為b開采區(qū)域煤層的平均厚度(m)；

15、s7：把步驟s6中計算得到的礦震能量e，通過公式(9)轉(zhuǎn)換為里氏震級ms

16、lge＝1.9ms+1.8??????(9)

17、s8：判斷步驟s7中計算得到的里氏震級ms是否滿足ms≥1.7，如果滿足則組合懸臂板破斷對礦震有顯著影響。

18、本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

19、本發(fā)明能夠預(yù)先計算出組合懸臂板斷裂時釋放的礦震能量，從而能夠預(yù)測受采動影響下組合懸臂板破斷所誘發(fā)的礦震等級；礦井可以依據(jù)此方法對礦震等級進行預(yù)測，并據(jù)此采取主動且有效的防治措施，以確保煤礦的安全生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種大尺度菱形組合懸臂板對礦震影響的判斷方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及煤礦礦震預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大尺度菱形組合懸臂板對礦震影響的判斷方法，包括根據(jù)煤層厚度將工作面沿走向劃分為兩個開采區(qū)域；進行關(guān)鍵層判別；根據(jù)導水裂隙帶高度區(qū)別計算組合懸臂板厚度；確定組合懸臂板中關(guān)鍵層的位置，并將每一關(guān)鍵層所控制的多層巖層簡化為性質(zhì)一致的一個軟巖層組；計算組合懸臂板的斷裂步距；計算組合懸臂板破斷導致的礦震能量；將礦震能量轉(zhuǎn)換為里氏震級；判斷對礦震的影響。本發(fā)明能夠預(yù)先計算出組合懸臂板斷裂時釋放的礦震能量，從而能夠預(yù)測受采動影響下組合懸臂板破斷所誘發(fā)的礦震等級；礦井可以依據(jù)此方法對礦震等級進行預(yù)測，并據(jù)此采取主動且有效的防治措施，以確保煤礦的安全生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張?zhí)镤?朱衛(wèi)兵,趙龍,柴發(fā)英,張玉生,羅訊,羅威
受保護的技術(shù)使用者：窯街煤電集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10