1.一种基于释能烈度的巷道冲击危险性评价方法,其特征在于:根据待评价巷道围岩的物理力学参数,计算单位长度待评价巷道发生冲击地压的临界弹性储能量密度和Πcr;
针对待评价巷道,建立采掘工作面的精细化数值计算模型,计算单位长度巷道围岩积蓄的能量密度和Πx;
通过计算比较待评价巷道的单位长度巷道围岩积蓄的能量密度和Πx与单位长度待评价巷道发生冲击地压的临界弹性储能量密度和Πcr的接近程度,从能量角度确定待评价巷道的冲击危险程度及其范围。
2.根据权利要求1所述的一种基于释能烈度的巷道冲击危险性评价方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
步骤1:获取待评价巷道围岩中煤体的岩石力学参数;
步骤2:依据待评价区域巷道支护参数与支护形式计算支护应力ps;
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步骤3:计算并优化待评价巷道冲击地压发生的临界地应力Pcr;
步骤4:计算待评价巷道冲击地压发生的临界能量密度Πcr;
步骤5:计算待评价巷道的单位长度巷道的煤岩体实际能量密度Πx;根据待评价掘进巷道或回采工作面巷道的实际赋存环境,结合待评价巷道赋存地层煤岩层基本力学参数与几何参数,建立采掘工作面的精细化数值模型,计算巷道掘进或工作面推采过程中的整条巷道的实际能量密度分布曲线;
步骤6:计算待评价巷道的临界能量密度指数Kcr,得到随着开采或开挖布局建立整条巷道的临界能量密度指数分布曲线;
待评价巷道的临界能量密度指数Kcr如下公式所示:步骤7:根据待评价巷道的临界能量密度指数Kcr,确定相应区域的冲击危险等级,并在采掘工程平面图上完成冲击危险区域划分。
3.根据权利要求2所述的一种基于释能烈度的巷道冲击危险性评价方法,其特征在于:步骤1所述岩石力学参数包括单轴抗压强度σc、弹性模量E、泊松比υ、冲击模量指数K=λ1/E、残余降模量λ2和残余强度系数ξ;其中,λ1为峰后软化模量。
4.根据权利要求3所述的一种基于释能烈度的巷道冲击危险性评价方法,其特征在于:所述步骤3的具体方法为:
待评价巷道冲击地压发生的临界地应力Pcr如下公式所示:其中,ρ0为将待评价巷道等效为均质、连续且各向同性的圆形巷道后的巷道半径;
为塑性软化区的煤岩介质内摩擦角,pfcr为待预警巷道冲击地压发生时围岩破碎区对塑性软化区的作用应力,如下公式所示:ρfcr为临界破碎区半径,如下公式所示:
其中, 为破碎区的煤岩介质内摩擦角,
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根据待评价巷道的断面形状,优化待评价巷道冲击地压发生的临界地应力为Pcr=n1×*Pcr;其中,Pcr为优化后的待评价巷道冲击地压发生的临界地应力,n1为断面修正系数。
5.根据权利要求4所述的一种基于释能烈度的巷道冲击危险性评价方法,其特征在于:所述步骤4的具体方法为:
结合巷道围岩弹性区内煤岩平衡微分方程、弹性区围岩满足的几何方程以及弹性区围岩满足的本构方程,得到围岩弹性区内应变分量为:式中,等式右侧第二项是巷道形成前在原岩应力场P作用下已发生的应变,去掉该项可得巷道开挖而产生的应变为:其中,εr为巷道围岩径向应变、εθ为巷道围岩切径向应变;
结合弹性区巷道围岩的应力分量σr和σθ:
其中,σr为巷道围岩径向应力、σθ为巷道围岩切径向应力;
则存储在单位长度巷道围岩弹性区内的应变能量为:其中,θ为巷道围岩任意位置的极坐标角度;
在巷道冲击地压发生的临界状态下,将临界塑性软化区半径ρpcr代入上式,得到冲击地压发生时,单位长度巷道的弹性能释放量Πcr,如下公式所示:该单位长度巷道的弹性能释放量又可称为冲击地压发生的临界弹性储能密度,其从能量的角度阐述了冲击地压发生的临界能量条件,同时又表征了巷道冲击地压发生时释放弹性能量的能力。
6.根据权利要求5所述的一种基于释能烈度的巷道冲击危险性评价方法,其特征在于:步骤5所述待评价巷道的单位长度巷道的煤岩体实际能量密度Πx的计算公式为:其中,σ1、σ2和σ3分别表示最大主应力、中间主应力和最小主应力; 和 分别为待评价时刻煤岩体对应于σ1、σ2和σ3的应变。
7.根据权利要求6所述的一种基于释能烈度的巷道冲击危险性评价方法,其特征在于:当0<Kcr<0.25评价为无冲击危险;当0.25≤Kcr<0.5评价为弱冲击危险;当0.5≤Kcr<0.75评价为中等冲击危险;当Kcr≥0.75评价为强冲击危险;依据危险等级对待评价区域进行危险区域划分。