[发明专利]一种基于断层滑移失稳诱发煤与瓦斯突出的实时预测方法

权利要求书

1.一种基于断层滑移失稳诱发煤与瓦斯突出的实时预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：取样：

首先根据矿区地质资料图，获取断层附近相应的煤 / 岩样 ；

S2：煤/岩实验室煤 / 岩样 制备：

切取多块质地均匀、面尺寸为10*20cm的块状煤/岩样，煤/岩样界面均进行处理以达到设定的粗糙度，用尼龙胶带将煤 / 岩样 包裹仅将其滑移面露出，然后将两块煤/岩样分别置于实验装置中并密封；

S3：试验准备：

将其置于设置的恒温环境中，检查气密性，然后进行抽真空处理；

S4：进行试验：

首先对煤 / 岩样 施加预定正应力σ₁，然后施加预定瓦斯压力p₁至设定值，并保持瓦斯压力不变，使煤 / 岩样 充分吸附24h；充分吸附后打开出气口并开启数据采集系统，待流量稳定后进行滑动速度为1μm/s-10μm/s-1μm/s的速度步长滑动试验，不断监测记录各时刻测定的剪切应力τ₁和滑动位移；

S5：一个测试周期结束后更换煤 / 岩样 ，重新改变施加瓦斯压力和正应力继续进行S3、S4流程，获得各给定条件下的摩擦系数，然后通过建立的滑移失稳判据，得到诱发突出发生的地应力及瓦斯压力阈值参数；

S6：在采掘工作面推进过程中持续收集突出危险性参数并与阈值参数作对比，从而基于此进行突出实时预测。

2.如权利要求1所述的一种基于断层滑移失稳诱发煤与瓦斯突出的实时预测方法，其特征在于：所述的S1中获取煤 / 岩样 具体要求为：根据预定前方推进工作面附近的断层位置，得到所在区域的摩擦滑移对象，进行煤-煤或煤-岩滑移，获取与之物理力学性质相同的煤/岩样。

3.如权利要求1所述的一种基于断层滑移失稳诱发煤与瓦斯突出的实时预测方法，其特征在于：所述的S2中粗糙度设定由实际断层几何形貌特征分析确定，具体为：根据现场调查及设备探测方法对断层面局部几何形貌特征进行记录，然后基于自相似的分形理论建立相应的节理粗糙度模型，最后运用计算机软件与3D打印机制备相应节理粗糙度的煤 / 岩样 。

4.如权利要求1所述的一种基于断层滑移失稳诱发煤与瓦斯突出的实时预测方法，其特征在于：所述的S4中需先由现场条件估算预定正应力及预定瓦斯压力的取值范围，预定正应力通过实际断层产状、埋深条件及数值模拟计算采掘条件下断层滑移面应力变化来确定；预定瓦斯压力取值范围则根据埋深及地质条件估计确定。

5.如权利要求1所述的一种基于断层滑移失稳诱发煤与瓦斯突出的实时预测方法，其特征在于：所述的S5中摩擦系数由下式计算得到：

式中μ_i是某一时刻的摩擦系数，为常数；τ_i、σ_i、p_i分别为对应时刻的摩擦力、正应力及瓦斯压力，单位都为MPa；

所述的S5中滑移失稳判据及阈值获取具体如下：

首先描述滑动速度改变后的摩擦系数变化规律：

式中v₀和v分别为变化前后的速度，单位um/s；μ是速度变化为v后的摩擦系数，μ₀是变化前速度为v₀时稳定状态下的摩擦系数；θ是状态变量，用来表征对接触面之前的滑动历史，即前一时刻的状态变量对下一时刻的状态变量有影响；a、b是和实验有关的经验常数，D_C是临界滑动距离，单位为 um，即以某一速度稳定滑动到以另一速度稳定滑动过程中所需的滑动距离；

根据试验及上式拟合得到相应的a，b值，ab时发生滑移失稳即认为发生突出，记录发生滑移失稳时的瓦斯压力及正应力阈值。

6.如权利要求1所述的一种基于断层滑移失稳诱发煤与瓦斯突出的实时预测方法，其特征在于：所述的S6中危险性参数包括地应力及瓦斯压力，并基于地应力参数进一步计算得到断层滑移面正应力；

各参数分别通过地应力测试及瓦斯钻孔测压手段获取。