[发明专利]一种采空区侧向煤层内动载应力强度的预测方法

权利要求书

1.一种采空区侧向煤层内动载应力强度的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：基于应力波在层状岩层中的传递理论，建立动载应力在层间结构面内传播衰减的力学模型，解析获得其穿越层间结构面时的强度衰减规律和波动方向变化规律；

第二步：基于应力波在固体介质中传播的吸收理论，建立动载应力在岩层内传播衰减的平衡微分方程，求解该平衡微分方程的数学模型，获得动载应力随传播距离增加的强度衰减规律；

第三步：基于上方的力学模型和数学模型，建立采动影响区顶板承载传力解析分析模型，揭示动载穿越多层层状顶板时的传递衰减规律；

第四步：将已知的模型参数带入到该传递衰减规律内，计算采空区一侧煤层内的动载应力强度分布规律；

第一步中，动载应力穿越层间结构面时的强度衰减规律T_i为：

式中：

T_i、动载应力穿越第i层层间结构面时的衰减系数，单位：1；

i、第i层层间结构面和岩层，单位：层；

v_TPi、动载应力穿越第i层层间结构面时透射纵波的振动速度大小，单位：m/s；

v_IPi、动载应力穿越第i层层间结构面时入射纵波的振动速度大小，单位：m/s；

求解v_TPi和v_IPi的迭代公式为：

式中：

v_RPi、动载应力穿越第i层层间结构面时反射纵波的振动速度大小，单位：m/s；

v_RSi、动载应力穿越第i层层间结构面时反射横波的振动速度大小，单位：m/s；

v_TSi、动载应力穿越第i层层间结构面时透射横波的振动速度大小，单位：m/s；

j、迭代步数，单位：1；

g_i1、g_i2、g_i3、g_i4、g_i5、g_i6、f_i1、f_i2、f_i3、f_i4、f_i5、f_i6、f_i7、f_i8、f_i9、f_i10为迭代方程的系数，与结构面两侧岩层物理力学参数有关，具体运算函数为：

式中：

ρ_i、第i层岩层的密度，单位：kg/m³；

μ_i、第i层岩层的泊松比，单位：1；

k_ni、第i层层间结构面的法向刚度，单位：MPa；

k_si、第i层层间结构面的切向刚度，单位：MPa；

Δt、迭代时间步，单位：s；

β_Pi、动载应力穿越第i层层间结构面时纵波的入射角和反射角，单位：°；

β_Si、动载应力穿越第i层层间结构面时横波的反射角，单位：°；

β_Pi+1、动载应力穿越第i层层间结构面时纵波的透射角，单位：°；

β_Si+1、动载应力穿越第i层层间结构面时横波的透射角，单位：°；

C_Pi和C_Si分别为第i层岩层内纵波的传播速度和横波的传播速度，单位：m/s，可由下式计算：

式中：

E_i、第i层岩层的弹性模量，单位：MPa；

k、应力集中系数，单位：1；

γ、岩层的平均容重，单位：N/m³；

H、地层平均埋深，单位：m。