(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211478796.2 (22)申请日 2022.11.24 (71)申请人 中国矿业大 学 （北京） 地址 100083 北京市海淀区学院路丁1 1号 申请人 山东能源集团有限公司 　 北京力岩科技有限公司 (72)发明人 王琦　王允偲　江贝　徐奴文　 张后全　蒋振华　 (74)专利代理 机构 北京中北知识产权代理有限 公司 11253 专利代理师 袁亚杰 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 1/28(2006.01) G01N 3/24(2006.01)G01N 3/30(2006.01) G01N 3/32(2006.01) G16C 60/00(2019.01) (54)发明名称 冲击与岩爆倾向性岩体模拟方法 (57)摘要 本申请涉及地下工程冲击与岩爆倾向性岩 体模拟技术领域， 特别是涉及冲击与岩爆倾向性 岩体模拟方法。 方法包括： 初 级筛选， 按照初始制 备方案中的配比， 制备初始试件， 结合定义的应 力释放现象、 应力释放速率和初选冲击指数， 确 定候选制备方案及优化配比范围。 优化筛选， 根 据候选制备方案及优化配比范围， 制备优选试 件， 结合冲击能量指数、 岩爆强度指数和岩爆烈 度指数， 确定优选制备方案和相应的冲击与 岩爆 倾向性。 目标筛选， 根据优选制备方案制备岩体 试件， 根据物理模拟试验现象结合实际工程， 确 定目标制备方案。 以使技术人员根据实际工程概 况， 选择目标制备方案进行冲击与岩爆模拟实 验。 采用本申请可以还原实际工程中冲击地压和 岩爆特性。 权利要求书3页 说明书11页 附图6页 CN 115541387 A 2022.12.30 CN 115541387 A 1.冲击与岩爆倾向性岩体模拟方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 初级筛选， 按照初始制备方案 中的配比， 制备初始试件， 对所述初始试件进行单轴压缩 试验和巴西劈裂试验， 获取所述初始试件对应的应力释放现象、 应力释放速率和初选冲击 指数R0， 并根据各所述初始试件对应的应力释放现象、 应力释放速率和初选冲击指数R0， 确 定候选制备 方案和优化配比范围； 优化筛选， 根据 所述候选制备方案和优化配比范围， 确定优选制备方案， 根据所述优选 制备方案制备优选试件， 对所述优选试件进行循环加卸 载试验， 获取所述优选试件对应的 冲击能量指数Re、 岩爆强度指数Rs和岩爆烈度指数Ri， 并根据各所述优选试件对应的冲击能 量指数Re、 岩爆强度指数Rs和岩爆烈度指数Ri， 确定优选制备方案及其对应的冲击与岩爆倾 向性； 目标筛选， 根据实际工程的冲击与岩爆倾向性， 结合优选制备方案， 确定待选制备方 案， 根据所述待选制备方案制备目标优选试件， 对 所述目标优选试件进 行物理模拟试验， 将 与所述实际工程的冲击与岩爆特征一致的待选制备方案， 确定为 目标制备方案， 以使技术 人员根据所述目标制备 方案制备岩体试件来进行物理模拟实验。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据各所述初始试件对应的应力释放 现象、 应力释放速率和初选冲击指数R0， 确定候选制备 方案， 包括： 如果所述初始试件 对应的应力释放现象中包 含任一预设应力释放现象； 或者， 所述应力释放速率大于预设的应力释放速率阈值； 或者， 所述初选冲击指数R0大于预设的冲击指数阈值， 则将所述初始试件对应的初始制备方 案确定为所述 候选制备 方案。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述对所述初始试件进行单轴压缩试验和 巴西劈裂试验， 获取所述初始试件对应的应力释放现象、 应力释放速率和初选冲 击指数R0， 包括： 对所述初始试件进行所述单轴压缩试验， 获取所述初始试件对应的第 一全应力 应变曲 线、 单轴抗压强度和应力释放现象， 所述应力释放现象包括颗粒状弹射、 块状弹射和板折剥 落中的一种或多种； 对所述初始试件进行 所述巴西劈裂试验， 获取 所述初始试件 对应的单轴抗拉强度； 将所述第一全应力 应变曲线中软化阶段最大斜率变化量， 确定为所述初始试件对应的 应力释放速率； 根据所述第一全应力应变曲线、 所述单轴抗压强度和所述单轴抗拉强度， 确定所述初 始试件对应的初选冲击指数R0。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述第一全应力应变曲线、 所述 单轴抗压强度和所述单轴抗拉强度， 确定所述初始试件 对应的初选冲击指数R0的公式为： R0=σcεaSa/( σtεbSb)； 其中， R0为初选冲击指数， σc为单轴抗压强度， σt为单轴抗拉强度， εa为第一全应力应变 曲线中的峰前应变 值， εb为第一全应力应变曲线中的峰后应变 值， Sa为第一全应力应变曲线 中的峰前总面积， Sb为第一全应力应 变曲线中的峰后总面积。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述优化配比范围， 确定优选制 备方案， 包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115541387 A 2在所述优化配比范围内， 依照正交试验的原则控制变量， 对各制备材料的含量进行细 化分配， 并将细化分配后的制备 方案确定为优选制备 方案。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述对所述优选试件进行循环加卸载试 验， 获取所述优选试件对应的冲击能量指数Re、 岩爆强度指数Rs和岩爆烈度指数Ri， 并根据 各所述优选试件对应的冲击能量指数Re、 岩爆强度指数Rs和岩爆烈度指数Ri， 确定优选制备 方案及其对应的冲击与岩爆倾向性， 包括： 针对所述优选试件， 进行所述循环加卸载试验， 获取第 二全应力应变曲线、 所述优选试 件在加载 过程中产生颗粒的颗粒质量mpi、 颗粒弹射距离Dpi和颗粒弹射速度vi； 根据所述第二全应力应 变曲线， 确定所述优选试件 对应的冲击能量指数Re； 根据各所述颗粒的颗 粒质量mpi、 颗粒弹射距离Dpi和所述优选 试件的质量M， 确定 所述优 选试件对应的岩爆强度指数Rs； 将各所述颗 粒的颗粒 弹射速度vi中的最大值确定为所述优选 试件对应的岩爆烈度指数 Ri； 在预先存储的冲击能量指数Re、 岩爆强度指数Rs和岩爆烈度指数Ri和冲击与岩爆倾向 性四者的对应关系中， 查询所述优选试件 对应的冲击与岩爆倾向性。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述第二全应力应变曲线， 确定 所述优选试件 对应的冲击能量指数Re的公式为： Re=(Sa1‑Sa2+Sb1)/Sb1； 其中， Re为冲击能量指数， Sa1为第二全应力应变曲线中峰值应力前的曲线所围成的面 积、 Sa2为第二全应力应变曲线中首次加载与末次卸载曲线围成的面积， Sb1为第二全应力应 变曲线中峰值应力后的曲线所围成的面积。 8.根据权利要求6所述 的方法， 其特征在于， 所述根据各所述颗粒的颗粒质量mpi、 颗粒 弹射距离Dpi和所述优选试件的质量M， 确定所述优选试件 对应的岩爆强度指数Rs的公式为： ； 其中， Rs为岩爆强度指数， M为循环加卸载试验之前所述优选试件 的质量， mpi为所述优 选试件在加载过程中产生的第i个颗粒的颗粒质量， n为颗粒的数量， ki为第i个颗粒的颗粒 质量系数， k0为设定值， Dpi为第i个颗粒的颗粒弹射距离， D0为预设的颗粒弹射距离阈值。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据实 际工程的冲击与岩爆倾向性， 结合优选制备方案， 确定待选制备方案， 根据所述待选制备方案制备目标优选试件， 对所述 目标优选试件进 行物理模拟试验， 将与所述 实际工程的冲击与岩爆特征一致的待选制备方 案， 确定为目标制备 方案， 包括： 根据实际工程的冲击与岩爆倾向性， 将与 所述实际工程冲击与岩爆倾向性一致的优选 制备方案， 确定为待选制备 方案； 根据所述待选制备方案制备所述岩体试件， 并对所述岩体试件进行物理模拟试验， 获权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115541387 A 3