一种基于累积应力集中系数的冲击危险评价方法技术

一种基于累积应力集中系数的冲击危险评价方法，属于煤矿冲击矿压灾害发生可能性大小的分区域评价方法。在测得远离构造区域原岩应力垂直分量的基础上，综合分析评价区域引起应力集中的主要因素，将评价区域按一定间距进行网格化，分别计算各节点各影响因素引起的垂直应力集中系数，并分别对各节点应力集中系数累积相乘得到累积应力集中系数。调查并计算同煤层邻近区域冲击矿压显现区域累积应力集中系数，测试得到煤的单轴抗压强度。基于单轴抗压强度、冲击点累积应力集中系数，将冲击危险划分为无危险、弱危险、中等危险和强危险四个等级，并给出等级界限。采用插值法对评价区域累积应力集中系数进行插值，得出评价区域冲击危险的区域及等级。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种冲击危险评价方法，特别是一种适用于煤矿冲击矿压灾害发生可能性大小的基于累积应力集中系数的冲击危险评价方法。
技术介绍
冲击矿压是一种典型的矿山动力现象，具有极大的危害性。这种动力现象瞬间将聚积在煤岩体中的大量弹性变形能以急剧、猛烈的形式释放，造成煤岩体破坏并产生强烈震动，动力将破碎煤岩抛向井巷采掘空间，发出强烈声响，造成设备损坏、井巷破坏以及人员伤亡等。随着矿井开采深度加深、开采强度加大、开采布局变得复杂，采掘围岩所处应力条件逐渐恶化，由此产生的冲击矿压灾害急剧增多、增强。以前发生过冲击矿压的矿井，冲击矿压灾害更加严重，以前没发生过的矿井，逐渐开始产生冲击矿压显现。冲击矿压灾害防治首先需要进行采掘区域冲击危险性评价，通过评价结果得出采掘区域潜在的冲击危险区域及危险等级，从而指导开采设计的优化，针对性制定冲击矿压的预防、监测以及治理技术措施。因此，准确有效的冲击危险性评价结果对冲击矿压矿井的安全高效开采具有重要意义。目前冲击危险性评价主要以工程类比的方法进行。此类方法根据工程经验，选取若干个固定的影响因素进行工程类比评价，进而将冲击危险进行分级，忽略了大量工程间的差异因素以及工程的特殊条件，而某些差异因素或特殊条件对冲击危险影响程度还特别大，因此，此类方法评价结果的准确性和可信度有待提高。面对冲击矿压的严重趋势，有必要探索和开发更为有效的冲击危险评价方法。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种煤矿冲击矿压灾害发生可能性大小的评价方法，解决冲击危险评价影响因素多，各因素影响程度不明确，评价指标不明确，主要靠经验类比进行评价，评价结果准确性较低的问题。技术方案：本专利技术的基于累积应力集中系数的冲击危险评价方法，包括如下步骤：(1)将需要评价的冲击危险区域按一定间距进行网格划分，确定各网格节点Pi的坐标(xi，yi)；(2)根据确定的各网格节点Pi的坐标(xi，yi)分析评价区域内应力分布的影响因素，确定用于冲击危险评价的影响因素Mj；(3)按国标GB/T23561.7—2009测定煤的单轴抗压强度RC；(4)分析查找或测试同一煤层受构造影响较小区域原岩应力σ0；(5)采用岩石力学理论分析或数值模拟软件计算各网格节点Pi处的各评价因素Mj引起的应力集中系数kij；(6)分别对各网格节点Pi求累积应力集中系数Ki；(7)按步骤(5)、(6)计算本煤层邻近区域已发生过冲击矿压区域的累积应力集中系数Ki作为评价冲击危险的临界应力集中系数KC，若本矿井该煤层未发生过冲击矿压，可参照煤的单轴抗压强度相差不大于20％的其他矿井临界应力集中系数KC；(8)确定冲击危险等级：A级危险(无危险)：B级危险(弱危险)：RCσ0≤Ki<13(KC-RCσ0),]]>C级危险(中等危险)：13(KC-RCσ0)≤Ki<23(KC-RCσ0),]]>D级危险(强危险)：Ki≥23(KC-RCσ0);]]>(9)采用插值法对评价区域累积应力集中系数Ki进行插值，得到累积应力集中系数Ki的分布云图，按步骤(8)冲击危险等级界限得出冲击危险分级分区云图。所述冲击危险区域按一定间距进行网格划分的间距为10m-20m。所述分析评价区域内应力分布的影响因素包括：开采深度、断层构造、褶曲构造、坚硬厚层顶板、保护层开采、邻近煤层遗留煤柱、临近采空区、区段煤柱、煤体卸压、煤层分叉合并区、煤层厚度变化区，还包括可引起应力集中的地质和开采技术两个方面的影响因素。所述的冲击危险等级的划分界限综合考虑了煤的单轴抗压强度RC、原岩应力σ0、临界应力集中系数KC。所述累积应力集中系数Ki的计算方法由公式：计算得出。有益效果：本专利技术从应力集中的角度，将引起应力集中的因素作为评价冲击危险程度的参考因素，分别得到各影响因素的应力集中系数，将评价区域按一定间距进行网格化划分，分别计算出各影响因素每个网格节点的应力集中系数，并分别对各节点各因素应力集中系数累积相乘得到累积应力集中系数。对本煤层邻近区域冲击矿压显现地点，计算出累积应力集中系数，并经实验室测试得到煤的单轴抗压强度。基于煤的单轴抗压强度、冲击点累积应力集中系数，将冲击危险程度划分为无危险、弱危险、中等危险和强危险四个等级，并给出冲击危险等级的累积应力集中系数分级界限。采用插值法对评价区域累积应力集中系数进行插值，得到累积应力集中系数分布云图，结合前述冲击危险程度分级指标，得出评价区域冲击危险的区域及等级。将冲击矿压危险按照累积应力集中系数划分为4个危险等级，由低到高分别对应A级危险(无危险)、B级危险(弱危险)、C级危险(中等危险)和D级危险(强危险)，分级界限分别为：根据累积应力集中系数采用插值法进行绘制累积应力集中系数分布云图，按冲击危险等级界限即可确定冲击危险分级分区云图。针对评价区域具体分析应力集中的影响因素，将各种影响因素对冲击危险的影响评价，统一到基于冲击矿压强度理论的应力条件上，并基于煤的单轴抗压强度、邻近区域冲击矿压显现的应力累积应力集中系数制定冲击危险评价指标，实现了具体区域具体分析，影响因素无遗漏，各种影响因素影响程度指标统一化、定量化，危险等级分级指标更具针对性。由于采用评价区域网格化以及对累积应力集中系数进行插值，使得评价结果分区分级更细致、更准确，分级界限更明确，冲击矿压防治更具针对性。本专利技术通过具体分析、筛选评价区域具体的影响冲击矿压的因素，采用定量的应力集中程度，根据已发生冲击矿压的具体应力集中值或相似条件冲击矿压临界应力集中值进行冲击危险评价，与其它工程类比法相比，分析更加全面、更具针对性，冲击危险等级划分考虑了本煤层特征，评价分级结果更可靠、更准确；另外，将评价区域进行网格化，与已有方法对评价区域进行笼统评价相比，评价结果更细致，冲击防范更具针对性。附图说明图1为累积应力集中系数的冲击危险评价方法流程图；图2为实例累积应力集中系数分布云图；图3为实例冲击危险评价的分级分区云图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作进一步的说明：本专利技术的基于累积应力集中系数的冲击危险评价方法，包括如下步骤：(1)将需要评价的冲击危险区域按一定间距进行网格划分，确定各网格节点Pi的坐标(xi，yi)；所述冲击危险区域按一定间距进行网格划分的间距为10m-20m。(2)根据确定的各网格节点Pi的坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于累积应力集中系数的冲击危险评价方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将需要评价的冲击危险区域按一定间距进行网格划分，确定各网格节点Pi的坐标(xi，yi)；(2)根据确定的各网格节点Pi的坐标(xi，yi)分析评价区域内应力分布的影响因素，确定用于冲击危险评价的影响因素Mj；(3)按国标GB/T 23561.7—2009测定煤的单轴抗压强度RC；(4)分析查找或测试同一煤层受构造影响较小区域原岩应力σ0；(5)采用岩石力学理论分析或数值模拟软件计算各网格节点Pi处的各评价因素Mj引起的应力集中系数kij；(6)分别对各网格节点Pi求累积应力集中系数Ki；(7)按步骤(5)、(6)计算本煤层邻近区域已发生过冲击矿压区域的累积应力集中系数Ki作为评价冲击危险的临界应力集中系数KC，若本矿井该煤层未发生过冲击矿压，可参照煤的单轴抗压强度相差不大于20％的其他矿井临界应力集中系数KC；(8)确定冲击危险等级：A级危险(无危险)：B级危险(弱危险)：RCσ0≤Ki<13(KC-RCσ0),]]>C级危险(中等危险)：13(KC-RCσ0)&le;Ki<23(KC-RCσ0),]]>D级危险(强危险)：Ki≥23(KC-RCσ0);]]>(9)采用插值法对评价区域累积应力集中系数Ki进行插值，得到累积应力集中系数Ki的分布云图，按步骤(8)冲击危险等级界限得出冲击危险分级分区云图。...

【技术特征摘要】
1.一种基于累积应力集中系数的冲击危险评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将需要评价的冲击危险区域按一定间距进行网格划分，确定各网格节点Pi的坐标
(xi，yi)；
(2)根据确定的各网格节点Pi的坐标(xi，yi)分析评价区域内应力分布的影响因
素，确定用于冲击危险评价的影响因素Mj；
(3)按国标GB/T23561.7—2009测定煤的单轴抗压强度RC；
(4)分析查找或测试同一煤层受构造影响较小区域原岩应力σ0；
(5)采用岩石力学理论分析或数值模拟软件计算各网格节点Pi处的各评价因素Mj引
起的应力集中系数kij；
(6)分别对各网格节点Pi求累积应力集中系数Ki；
(7)按步骤(5)、(6)计算本煤层邻近区域已发生过冲击矿压区域的累积应力集中系数
Ki作为评价冲击危险的临界应力集中系数KC，若本矿井该煤层未发生过冲击矿压，可参照
煤的单轴抗压强度相差不大于20％的其他矿井临界应力集中系数KC；
(8)确定冲击危险等级：
A级危险(无危险)：B级危险(弱危险)：RCσ0≤Ki<13(KC-RCσ0),]]>C级危险(中等危险)：13(KC-RCσ0)≤Ki<...

【专利技术属性】
技术研发人员：何江，窦林名，马志强，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32