[发明专利]一种基于能量系统分析的冲击地压监测方法及应用

权利要求书

1.一种基于能量系统分析的冲击地压监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在工作面两回采巷道两侧围岩布设多组应力监测站，对巷道围岩三向应力进行实时在线监测，得到巷道两侧围岩不同深度的三向应力值，分别绘制成围岩不同深度与垂直应力σ₁、垂直巷道方向的水平应力σ₂和巷道方向的水平应力σ₃关系的分布曲线；

步骤2：采用微震监测系统，对工作面和采空区的顶板运动、断层错动产生的震动进行监测，得到微震事件的位置和能量值；

步骤3：根据围岩垂直应力σ₁监测得到应力分布曲线，确定塑性区宽度L_p和巷帮至高应力区宽度L_c；

步骤4：确定单位长度巷道冲击地压发生的临界能量U_临；

步骤5：将巷帮至高应力区积聚的弹性能U_静和断层滑移、顶板覆岩结构失稳、爆破振动和开采类活动引起的动载能量传递至预测位置衰减后的能量U_动进行求和，得到单位长度巷道系统的总能量U_总；

步骤6：将单位长度巷道系统的总能量U_总与冲击地压发生的临界能量U_临进行比较，当系统的总能量值U_总大于临界能量值U_临时，视为发生冲击地压。

2.根据权利要求1所述的基于能量系统分析的冲击地压监测方法，其特征在于：所述多组应力监测站在布设时每隔30-100m布设1个应力监测站，在巷道两侧围岩不同深度分别设置5-8个应力监测点。

3.根据权利要求1所述的基于能量系统分析的冲击地压监测方法，其特征在于：所述多组应力监测站在布设时根据具体的开采条件进行调整：当处于首采工作面时，应力监测站布设在两回采巷道的工作面内侧；当巷道邻近采空区时，应力监测站布设在巷道两侧。

4.根据权利要求1所述的基于能量系统分析的冲击地压监测方法，其特征在于：所述步骤3的方法如下：

以围岩垂直应力σ₁监测得到应力分布曲线上的峰值点为依据，即以支承应力峰值为依据，其中从巷帮至支承应力峰值的区域宽度为塑性区宽度L_p，支承应力峰值向巷道深部的区域为弹性区；以高于原岩应力的1.2-1.5倍区域为高应力区，确定巷帮至高应力区的宽度L_c。

5.根据权利要求1所述的基于能量系统分析的冲击地压监测方法，其特征在于：所述步骤4的过程如下：

步骤4.1：计算巷道单位长度巷帮至高应力区煤体发生冲击时产生的动能U_d，具体为U_d＝mv²/2，其中，m为巷帮至高应力区煤体的质量，v为冲击地压发生时煤体冲击破坏的最小速度；

步骤4.2：计算巷道单位长度未破坏的高应力区煤体发生塑性破坏消耗的能量U_p：

其中，σ_c—煤体的单轴抗压强度；E—煤体的弹性模量，V_p—未破坏的高应力区煤体的体积；

步骤4.3：将步骤4.1和步骤4.2计算的能量值求和，得到巷道单位长度冲击地压发生的临界能量U_临。

6.根据权利要求1所述的基于能量系统分析的冲击地压监测方法，其特征在于：所述巷帮至高应力区积聚的弹性能U_静的计算方法如下：

步骤5.1：监测巷帮至高应力区区垂直应力σ₁的分布曲线；

步骤5.2：监测巷帮至高应力区垂直巷道方向的水平应力σ₂的分布曲线；

步骤5.3：监测巷帮至高应力区巷道方向的水平应力σ₃的分布曲线；

步骤5.4：采用以下公式计算得到巷帮至高应力区积聚的弹性能U_静：

其中，μ—煤体的泊松比；E—煤体的弹性模量，dV—巷帮至高应力区的体积微元。