[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

说明书

本发明公开了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，针对断层与突出发生的高度相关性，运用摩擦学及速率状态摩擦准则，综合考虑了断层产状形貌、活化演化特征影响、采掘现场煤的物理力学特征、地应力和瓦斯运移特征等因素，对采掘现场断层区域内摩擦滑移状态及滑移失稳特征在实验室条件下进行描述并建立滑移失稳判据，最终结合现场实测的应力及瓦斯动态数据实现了突出实时预测。本发明所述的方法很好地兼顾了采掘现场条件各参数特征和断层构造活化滑移，适用于采掘现场局部区域的实时准确预测，可为煤与瓦斯突出防治起到一定的理论指导。

技术领域

本发明属于地质领域及煤矿瓦斯灾害防治领域，具体涉及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。

背景技术

煤与瓦斯突出是一种在应力作用下破碎的煤与瓦斯突然向采掘空间大量喷出的现象。煤与瓦斯突出具有极大的破坏性，严重威胁着煤矿的安全生产以及煤矿工人的生命安全，是制约煤矿安全、高效生产的主要因素。我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，近年来随着开采深度的加深及开采强度的增大，煤矿突出危险性日益增大。因此，准确实现煤与瓦斯突出的实时预测是一项急需解决的技术难题。

根据研究调查发现，煤与瓦斯突出的发生与地质构造有直接关系，尤其是断层构造对于煤与瓦斯突出的发生有着主导作用，例如淮南矿区85％以上的煤与瓦斯突出均与断层构造有关。因此，探讨采动影响下的断层构造活化滑移失稳过程是研究矿井突出动力现象不可或缺的组成部分。

断层构造作为影响突出的重要因素，诸多学者开展了关于断层诱发煤与瓦斯突出预测的研究工作，大多学者基于瓦斯地质及构造物理学描述了应力分布特征及瓦斯赋存运移特征作用下的突出倾向性；但这些方法仅对构造地质及瓦斯地质进行了定性的、静态的特征描述，并且这些描述都是基于宏观性、整体性的分析，其很难适用于采掘工作面前方局部煤体区域的突出实时预测。而目前采掘工作面普遍采用的实时突出预测手段又仅考虑了地应力、瓦斯压力等现场数据，缺乏对断层构造活化滑移影响的描述；因此目前尚缺乏适用于现场的断层构造诱发突出的有效实时预测手段。

由此可见，断层构造作为研究煤与瓦斯突出的重点，实现其诱发突出的实时预测尤为重要。目前针对断层构造诱发突出的预测多基于宏观、定性的，与采掘工作面现场条件所割裂；而已有的现场预测手段又仅考虑局部条件，缺乏与断层构造活化滑移特征的联系，这使得实现断层构造影响下的采掘工作面现场实时、准确的突出预测难以实现。因此，很有必要克服已有的技术缺陷，设计一种可以既描述断层动态活化机制也考虑到采掘现场地应力、瓦斯压力及煤岩物理力学等因素的突出实时预测尤为重要。

发明内容

本发明提出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，以解决目前对断层构造诱发煤与瓦斯突出实时预测技术方法中存在的问题；其通过试验模拟含瓦斯煤岩断层的活化滑移过程，分析滑块在多因素下摩擦系数及滑移失稳的演化特征，从而基于此对断层诱发突出进行危险性评价预测。

本发明运用断层摩擦学及速度-状态摩擦定律等相关理论，认为突出即断层及断层区域内煤岩滑移体发生摩擦滑移失稳的过程，这个过程中阻隔带由于抗剪强度存在的空间差异性，随着煤体产生缓慢滑动位移，达到抗剪强度的阻隔带首先破坏，局部区域发生瞬时滑动；而随后由于滑移体物理结构及所在力学场的重新分布，新的阻隔带继续阻止煤的滑移倾向，滑移体进入“锁固”状态；随着地应力及瓦斯作用的重新分布，滑移体继续产生缓慢摩擦滑移行为并持续上述过程，如果在这个过程中出现某个新状态的阻隔带仍然无法有效的“锁固”滑移体，也就会发生滑移失稳即煤与瓦斯突出。

本发明提供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：