水库结构抗震性能给出量化的评价结果， 有利于评估不同地震或矿震条件下煤柱巧体的安全性，对地下水库的安全建设和运营有指 导意义。
[0037] 较佳地，如图1所示，该煤矿地下水库煤柱巧体地震安全性的检测方法还包括如 下步骤：
[00測步骤6 :根据各个破坏位置Ai的地震安全系数K1，得出整个煤柱巧体的安全系数K.胃。K,胃可通过取最小值的方式得出，例如，在计算出破坏位置Ai、Az、As、A4和A典对应的地 震安全系数Ki、Kz、而、K4和K5之后，K总二min化1、Kz、而、K4、Ks)，从而得出整个煤柱巧体的 安全系数K,胃，K,胃越大表示整个煤柱巧体在发生地震时越安全。
[0039] 较佳地，步骤1中还包括如下步骤：
[0040] 步骤11 :为了使数值模型与实际情况相吻合，应根据地质勘查资料确定煤矿地下 水库所在矿区的地质分层、各岩层力学性质、煤层位置和高度，W计算数值模型中须使用的 材料参数；
[0041] 根据煤矿开采情况及煤矿地下水库建设条件确定数值模型的计算范围；计算范围 通常W地下水库为中屯、，计算边界与地下水库巧体距离约为1. 0~2. 0倍水库长度。
[0042] 根据地震条件和各岩层力学性质确定数值模型的阻尼边界条件及动力荷载加载 方式；动力问题中，计算边界上会存在波的反射而影响动力分析结果，因此须通过阻尼边界 条件来吸收边界上的入射波，具体做法是在模型的法向和切向分别设置自由的阻尼器从而 实现吸收入射波的目的。动力分析中可W在模型内部节点施加动荷载来模拟材料受到动力 作用下的反应，通常可W采用输入加速度时程曲线的方式来模拟地震条件下的动力荷载。
[0043] 利用数值模拟软件建立数值模型并计算。
[0044] 在数值建模时或建立数值模型时，为了使数值模型与实际情况相吻合，应根据前 期的地质勘查资料，来确定煤矿地下水库所在矿区的地质分层、各岩层力学性质、煤层位置 和高度，W计算数值模型中须使用的材料参数（例如：高度、厚度、位置、岩层性质等等），从 而能够建立其相似的数值模型。
[0045] 再根据煤矿开采情况及煤矿地下水库建设条件，来确定数值模型的计算范围，计 算范围W地下水库为中屯、，计算边界与地下水库巧体之间的距离约为1. 0~2. 0倍水库长 度。
[0046] 再根据地震条件和各岩层力学性质，来确定数值模型的阻尼边界条件及动力荷载 加载方式，最后利用数值模拟软件如FLAC3D、ABA卵S等建立数值模型并计算。
[0047] 较佳地，步骤2中还包括如下步骤：
[0048] 步骤21 :根据数值模型的计算结果中塑性区分布或应力大小条件确定煤柱巧体 上的破坏位置Ai，初步确定出破坏位置Ai、A2、As、A4和A5。塑性区分布为模拟软件中显示应 力符合屈服准则的区域。应力或剪切应力越大的位置或超过指定的安全值的位置，其越可 能被破坏，初步确定出破坏位置。 W例较佳地，步骤3中还包括如下步骤：
[0050] 步骤31 :基于结构动力模型试验的相似原理，配制满足试验要求的相似材料，并 确定相似材料物理模型的尺寸；
[0051] 预先制定合适的模具，并将相似材料诱筑至模具中振捣成型，并将应力监测仪器 安置于模具中的指定位置；
[0052] 待相似材料强度满足要求后，将装有相似材料的模具移动至振动台上，向振动台 输入指定的地震波参数，W模拟真实的地震条件进行振动试验；
[0053] 通过监测仪器采集监测数据。
[0054] 该步骤为相似材料物理模型的制作及实验。首先，根据结构动力模型试验的相似 原理，配制满足合适的相似材料，并确定相似材料物理模型的尺寸。 阳化5] 然后将相似材料诱筑至预先制定的模具中振捣成型，同时在模具中安装监测仪 器，监测仪器为应变花，W用于监测振动时相似材料物理模型的各种数据。相似材料物理模 型由模具和诱筑至模型的相似材料组成。
[0056] 在相似材料强度满足要求后，将装有相似材料的模具移动至振动台上，并向振动 台输入指定的地震波参数（例如参照地震级数设定的各种参数），W模拟真实的地震条件 进行振动试验，同时通过监测仪器采集监测数据，并将采集到的信号数据转换为相应的物 理量，例如应力值等等。
[0057] 较佳地，步骤4中还包括如下步骤：
[0058] 步骤41 :将采集到的各个破坏位置Ai处的检测数据转换为相应的剪切应力I1。 W进行下一步对安全系数的计算。
[0059] 较佳地，步骤5中采用如下方式计算安全系数Ki: W60] 煤柱巧体中破坏位置Ai处允许的剪切应力为：兩如戸=巧+口rtan斬，I为煤柱巧 体剪切应力，C为粘聚力，巧为内摩擦角，0为正应力；
[0061] 煤柱巧体中破坏位置Ai处的安全系数为：
[0062]
[0063] 综合不同破坏位置的的安全系数即可评估煤柱巧体的抗震安全性。
[0064] 本发明提供的煤矿地下水库煤柱巧体地震安全性的检测方法能够评估矿震或地 震条件下煤矿地下水库煤柱巧体的抗震安全性。针对煤矿地下水库结构，结合岩石破坏理 论、数值模拟方法和物理模型试验，围绕安全煤柱在地震条件下的破坏形态和破坏准则，对 煤矿地下水库结构抗震性能给出量化的评价结果。 阳0化]根据需要，可W将上述各技术方案进行结合，W达到最佳技术效果。
[0066] W上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技 术人员来说，在本发明原理的基础上，还可W做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范 围。
【主权项】
1. 一种煤矿地下水库煤柱坝体地震安全性的检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1 :对待检测的煤矿地下水库建立数值模型； 步骤2 :利用数值模拟方法分析，初步确定在地震条件下所述煤矿地下水库中的煤柱 坝体上的可能被破坏的破坏位置A1Q多1的自然数）； 步骤3 :根据步骤2中的数值模拟结果设计相似材料物理模型，并对所述相似材料物理 模型进行振动试验； 步骤4:根据步骤3中的振动试验结果得出各个所述破坏位置A1的剪切应力τ 1; 步骤5 :计算出各个所述破坏位置~的地震安全系数K 1<32. 根据权利要求1所述的煤矿地下水库煤柱坝体地震安全性的检测方法，其特征在 于，还包括如下步骤： 步骤6:根据各个所述破坏位置~的所述地震安全系数K1，得出整个所述煤柱坝体的安 全系数Κ,&。3. 根据权利要求1所述的煤矿地下水库煤柱坝体地震安全性的检测方法，其特征在 于， 所述步骤1中还包括如下步骤： 步骤11 :根据地质勘查资料确定所述煤矿地下水库所在矿区的地质分层、各岩层力学 性质、煤层位置和高度； 根据煤矿开采情况及所述煤矿地下水库建设条件确定所述数值模型的计算范围； 根据地震条件和各所述岩层力学性质确定所述数值模型的阻尼边界条件及动力荷载 加载方式； 利用数值模拟软件建立所述数值模型并计算。4. 根据权利要求3所述的煤矿地下水库煤柱坝体地震安全性的检测方法，其特征在 于， 所述步骤2中还包括如下步骤： 步骤21 :根据所述数值模型的计算结果中塑性区分布或应力大小条件确定所述煤柱 坝体上的所述破坏位置4。5. 根据权利要求1所述的煤矿地下水库煤柱坝体地震安全性的检测方法，其特征在 于， 所述步骤3中还包括如下步骤： 步骤31 :基于结构动力模型试验的相似原理，配制满足试验要求的相似材料，并确定 所述相似材料物理模型的尺寸； 预先制定合适的模具，并将所述相似材料浇筑至所述模具中振捣成型，并将应力监测 仪器安置于所述模具中的指定位置； 待所述相似材料强度满足要求后，将装有所述相似材料的所述模具移动至振动台上， 向所述振动台输入指定的地震波参数，以模拟真实的地震条件进行振动试验； 通过所述监测仪器采集监测数据。6. 根据权利要求5所述的煤矿地下水库煤柱坝体地震安全性的检测方法，其特征在 于， 所述步骤4中还包括如下步骤： 步骤41 : 将采集到的各个所述破坏位置A1处的检测数据转换为相应的所述剪切应力τ 1<37.根据权利要求1所述的煤矿地下水库煤柱坝体地震安全性的检测方法，其特征在 于， 所述步骤5中采用如下方式计算安全系数K1: 所述煤柱坝体中破坏位置A1处允许的剪切应力为：τ为煤柱坝 体剪切应力，c为粘聚力，φ为内摩擦角，〇为正应力； 所述煤柱坝体中破坏位置~处的安全系数为：
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿地下水库煤柱坝体地震安全性的检测方法，包括如下步骤：步骤1：对待检测的煤矿地下水库建立数值模型；步骤2：利用数值模拟方法分析，初步确定在地震条件下煤矿地下水库中的煤柱坝体上的可能被破坏的破坏位置Ai；步骤3：根据步骤2中的数值模拟结果设计相似材料物理模型，并对相似材料物理模型进行振动试验；步骤4：根据步骤3中的振动试验结果得出各个破坏位置Ai的剪切应力τi；步骤5：计算出各个破坏位置Ai的地震安全系数Ki。其能够评估矿震或地震条件下煤矿地下水库煤柱坝体的抗震安全性。针对煤矿地下水库结构，结合岩石破坏理论、数值模拟方法和物理模型试验，对煤矿地下水库抗震性能给出量化评价结果。
【IPC分类】G01V1/28, G01M7/02, G06F19/00
【公开号】CN105182412
【申请号】CN201510604511
【发明人】顾大钊, 张勇, 刘晓丽, 曹志国, 董斌琦, 郝兴辉
【申请人】中国神华能源股份有限公司, 清华大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月21日