一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法技术方案

一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法，属于煤炭开采技术领域；该方法包括：步骤1：对待预测矿井的历史冲击地压事件进行分析，确定临界能量；步骤2：利用微震监测系统对待预测矿井发生的微震事件的震级和方位进行监测；步骤3：根据高能量微震事件的震源位置和能量值，构建煤岩动力系统模型；步骤4：根据采掘工程所在煤岩动力系统模型区域，预测冲击地压发生时，采掘工程面临的冲击地压危险性；本发明专利技术提出煤岩动力系统模型及其各区域尺度计算方法，并建立各区域与冲击危险程度对应关系，根据煤岩动力系统模型可判断不同尺度范围内的冲击危险程度，可为各矿井有针对性预防和治理冲击地压灾害提供依据。

A method for predicting mine ground burst risk based on coal rock power system

A prediction method based on dynamic system of coal mine rockburst risk, which belongs to the field of coal mining technology; the method comprises the following steps: Step 1: analyze the historical events of rockburst prediction of mine, determine the critical energy; step 2: the magnitude and range of forecast the occurrence of microseismic events using microseismic monitoring system monitoring; step 3: according to the focal position and energy of high energy microseismic events value, construction of coal and rock dynamic system model; step 4: according to the mining engineering area of coal and rock dynamic system model, prediction of rockburst, rockburst risk of mining face; the scale of the coal and rock dynamic system model and the area calculation method, and the establishment of the region and the danger degree relationship, according to the model of coal and rock dynamic system can determine different scale The impact degree of the surrounding rock can provide the basis for the prevention and control of the ground burst disaster.

【技术实现步骤摘要】
一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法
本专利技术属于煤炭开采
，具体涉及一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法。
技术介绍
我国浅部煤炭资源(埋深小于1000m)的比重占煤岩资源总储量的47％，经过了长年累月的开采，浅部煤炭资源已经接近枯竭。在2013年的国际煤炭峰会上，谢和平院士对我国未来的煤炭产能进行了预测：到2030年，我国煤炭总产量将达到30亿t～35亿t，并且在未来若干年的时间内将继续保持这一水平。这就意味着为了满足我国每年对煤炭资源的需求量，在不久的将来我国将有更多的煤矿踏上“深部开采”的道路。进入深部开采阶段的矿井，煤岩体将承受更高的应力和能量，为冲击地压的孕育和发生提供了更为“有利”的条件。冲击地压是最常见、破坏性最强的矿井动力灾害，对煤矿工人的人身安全和煤矿的高效生产构成严重威胁，因此准确的评价和预测工作对于矿井冲击地压防治体系的构建格外重要。煤岩体结构发生破坏时，积聚的能量将以波的形式向四周释放和传递，这一过程将伴随着微震信号产生。冲击地压的发生是时间和空间的相互统一，在冲击地压发生的过程中，常伴生着较高能量的微震事件，因此对较高能量微震事件的准确预测预报是预警冲击地压的关键所在，因此对微震事件的分析应首先着重于微震事件发生的位置以及微震事件的能量，特别是对于矿井冲击地压临界能量以上的“高能量”微震事件。当某一区域出现高能量微震事件后，则意味着该处的煤岩体有潜在破坏的危险，该区域或一定范围内的煤岩体经过一段时间的能量积聚后，具备发生冲击地压或再次发生高能量微震事件的危险。因此有必要根据一次“高能量”微震事件，构建相应的“煤岩动力系统”，对系统各个区域的冲击地压危险性进行预测，进而有针对性地开展冲击地压防治工作。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法。本专利技术的技术方案：一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法，包括以下步骤：步骤1：对待预测矿井的历史冲击地压事件进行分析，确定该矿井冲击地压发生的临界能量；步骤2：利用微震监测系统对待预测矿井发生的微震事件的震级和方位进行监测，监测范围包括井下所有采掘工程所涉及到的煤体和岩体；步骤3：根据高能量微震事件即冲击地压发生临界能量及以上的微震事件的震源位置和能量值，构建煤岩动力系统模型，所述煤岩动力系统中心位置为高能量微震事件的震源位置，其包括：动力核区、破坏区、损伤区和影响区四个区域，各区域边界均为以中心位置为球心的球形边界，各区域边界半径计算方法如下：动力核区：其中，R为煤岩动力系统动力核区半径(m)；E为煤岩体弹性模量(GPa)；μ为泊松比；γ为上覆岩层容重的平均值(kN/m3)；H为单元体所处位置的深度(m)；k1、k2、k3为应力集中系数，k1为最大主应力与垂直应力的比值；k2为中间主应力与垂直应力的比值；k3为最小主应力与垂直应力的比值；ΔU＝UG-UZ；UZ为自重应力场下煤岩动力系统的能量(J)；UG构造应力场下煤岩动力系统的能量(J)。破坏区：其中，RP为煤岩动力系统破坏区半径(m)；VP为冲击波在煤岩体介质中的传播速度(m/s)；σc为煤岩体的单轴抗压强度(MPa)；ρ为煤岩动力系统动力核区煤岩体的密度(kg/m3)；ΔU为冲击地压或微震事件的能量(J)；σcd为煤岩体的动态抗压强度(MPa)；λ为侧压系数；损伤区：其中，RS为煤岩动力系统损伤区半径(m)；σtd为煤岩体的动态抗拉强度(MPa)；影响区：其中，RY为煤岩动力系统影响区半径(m)；D为煤岩体的损伤系数。步骤4：根据采掘工程所在煤岩动力系统模型区域，预测冲击地压发生时，采掘工程面临的冲击地压危险性，进而有针对性地开展冲击地压防治工作。根据冲击地压显现强烈程度，将冲击地压划分为煤炮(无冲击危险)、倾出或压出(弱冲击危险)、冲击地压(中等冲击危险)和严重冲击地压(强冲击危险)4个等级，所述煤岩动力系统模型中各区域与冲击地压危险性对应关系为：影响区对应煤炮即无冲击危险，损伤区对应压出或倾出即弱冲击危险，破坏区对应冲击地压即中等冲击危险，动力核区对应强冲击地压即强冲击危险。有益效果：一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法与现有技术相比，具有如下优势：提出煤岩动力系统模型及其各区域尺度计算方法，并建立各区域与冲击危险程度对应关系，根据煤岩动力系统模型可判断不同尺度范围内的冲击危险程度，可为各矿井有针对性预防和治理冲击地压灾害提供依据。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的煤岩动力系统与冲击地压显现关系模型示意图；图2为本专利技术一种实施方式的基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法流程图；图3为本专利技术一种实施方式的煤岩动力系统立体模型示意图；图4为本专利技术一种实施方式的煤岩动力系统动力核区破坏过程示意图；图5为本专利技术一种实施方式的煤岩动力系统破坏区形成过程示意图；图6为本专利技术一种实施方式的煤岩动力系统损伤区形成过程示意图；图7为本专利技术一种实施方式的煤岩动力系统影响区形成过程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一种实施方式作详细说明。冲击地压的发生源于煤岩体破坏释放能量与消耗能量的差值达到或超过某一临界值。能量差值的不同导致冲击地压的动力显现程度不同，而能量差值取决于采掘工程与煤岩动力系统之间的相对空间关系。根据能量积聚程度和影响范围等特征，可将煤岩动力系统划分为“动力核区”、“破坏区”、“损伤区”和“影响区”4个区域，只有当采掘工程活动进入到“动力核区”、“破坏区”和“损伤区”这三个区域，才会具备不同程度和破坏形式冲击地压的发生危险。根据冲击地压显现强烈程度，可将冲击地压划分为煤炮(无冲击)、倾出或压出(弱冲击)、冲击地压(中等冲击)和严重冲击地压(强冲击)4个等级。当采掘工程进入到“影响区”范围内时，动力显现主要以“煤炮”的形式表现出来；当采掘工程进入到“损伤区”范围内时，动力显现主要以“压出、倾出”等形式表现出来；当采掘工程进入到“破坏区”范围内时，动力显现则表现为“冲击地压”；当采掘工程进入“动力核区”范围内时，则会产生“强冲击地压”。为了更好地描述煤岩动力系统与冲击地压显现关系，构建了“煤岩动力系统与冲击地压显现关系模型”，如图1所示；对煤岩动力系统的结构进行研究，确定每一个区域尺度的计算方法，对于矿井冲击地压的针对性防治具有重要意义。如图2所示，一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法，包括以下步骤：步骤1：对待预测矿井的历史冲击地压事件进行分析，确定该矿井冲击地压发生的临界能量；步骤2：利用微震监测系统对待预测矿井发生的微震事件的震级和方位进行监测，监测范围包括井下所有采掘工程所涉及到的煤体和岩体；煤岩体本身积聚的能量会在构造运动、开采活动等因素的影响下逐渐升高，当突破煤岩体承受的临界条件后，材料内部的裂隙结构将会迅速向四周扩散，导致煤岩结构的破坏。煤岩结构破坏时，能量将以波的形式向四周释放和传递。岩石的破坏是内部裂隙萌生并逐步拓展的过程，宏观的失稳破坏是细微破裂的逐步聚集的结果，这一过程将伴随着微震信号产生。如果在矿区范围内的某一地点出现了微震事件，则意味着该处的岩体有潜在破坏的危险。矿山微震监测系统具有监测范围可控的特点，具有较高的定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对待预测矿井的历史冲击地压事件进行分析，确定该矿井冲击地压发生的临界能量；步骤2：对待预测矿井发生的微震事件的震级和方位进行监测；步骤3：根据高能量微震事件即冲击地压发生临界能量及以上的微震事件的震源位置和能量值，构建煤岩动力系统模型，所述煤岩动力系统模型包括：动力核区、破坏区、损伤区和影响区四个区域；步骤4：根据采掘工程所在煤岩动力系统模型区域，预测采掘工程面临的冲击地压危险性。

【技术特征摘要】
1.一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对待预测矿井的历史冲击地压事件进行分析，确定该矿井冲击地压发生的临界能量；步骤2：对待预测矿井发生的微震事件的震级和方位进行监测；步骤3：根据高能量微震事件即冲击地压发生临界能量及以上的微震事件的震源位置和能量值，构建煤岩动力系统模型，所述煤岩动力系统模型包括：动力核区、破坏区、损伤区和影响区四个区域；步骤4：根据采掘工程所在煤岩动力系统模型区域，预测采掘工程面临的冲击地压危险性。2.根据权利要求1所述的基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法，其特征在于，利用微震监测系统进行所述微震事件的监测，且监测范围应包括井下所有采掘工程所涉及到的煤体和岩体。3.根据权利要求1所述的基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法，其特征在于，所述煤岩动力系统的中心位置为高能量微震事件的震源位置，煤岩动力系统各区域边界均为以中心位置为球心的球形边界。4.根据权利要求1所述的基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法，其特征在于，根据冲击地压显现强烈程度，将冲击地压划分为煤炮、倾出或压出、冲击地压和严重冲击地压4个等级，所述煤岩动力系统模型中各区域与冲击地压危险性对应关系为：影响区对应煤炮即无冲击危险，损伤区对应压出或倾出即弱冲击危险，破坏区对应冲击地压即中等冲击危险，动力核区对应强冲击地压即强冲击危险。5.根据权利要求3所述的基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法，其特征在于，所述煤岩动力系统各区域边界半径计算方法如下：动力核区：其中，R为煤岩动力系统动力核区半径(m)；E为煤岩体弹性模量(GPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣海，张宏伟，韩军，王双勇，罗明坤，范超军，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21